Биогендік элементтер
жүктеу/скачать 131 Kb.
|
|
«Химияны,биологияны оқытуда пәнаралық негізде биогенді элементтер жөнінде берілетін ұғымдар жүйесі» Биогендік элементтер – тірі организмдердің жасушалары мен ұлпаларында (тіндерінде) тұрақты түрде кездесетін және белгілі бір қызмет атқаратын химиялық элементтер. Соңғы зерттеулердің қорытындысы бойынша жасушаның құрамында 80-нен астам хим. элементтер болатыны анықталған. Олардың 40-қа жуығы жасушадағы зат алмасу процесіне қатысып, биол. белсенділік қасиеттер көрсетеді. Биогендік элементтер 3 топқа бөлінеді. Макроэлементтер – О, С, Н, N, олардың жасушадағы мөлш. 98%-дай, Микроэлементтер – К, Р, S, Mg, Cl, Ca, Na, Fe жатады, олардың клетка құрамындағы мөлш. 1,9%-ға жетеді. Ультраэлементтер – J, Cu, Co, Zn, Mo, Br, Mn, B клетка құрамында өте аз мөлшерде кездеседі, олардың көрсеткіші 0,01%-дай болады. Биогендік элементтердің кейбір түрлері тірі организмдердің белгілі бір тобының құрамында болуы мүмкін. Мыс., ванадий өсімдіктің кейбір түрінде және асцидияның (теңіз жануары) құрамында кездеседі. Биогендік элементтердің биол. рөлі кесте түрінде берілген. Биогенді әлементтер дегеніміз тірі тірі оргнизмдердің құрамында үнемі болатын химиялық элементтер. Олар витаминдердің,белоктардың гормондардың құрамында белгілі бір тәртіппен,тек сол затқа ғана тән заңдылықпен орналасады.Мысалы азотты (N)алатын болсақ белоктың структурасын құрайтын ең маңызды биогенді элемент . Осындай мысалға көміртекті С де айтуға болады,ол тірі ағзадағы майлар мен көмірсулардың құрамын құрайтын ең басты элемент. Олардың маңызы өте зор. Мысалы, қалқанша бездің гормондарының құрамына кіретін йод (J- бұл да өте маңызды биогенді элеметтердің бірі) жетіспесе адам организмінде не болатынын осы сайттан кейбір сұрақтардың жауабынан оқуыңа болады.Сол сияқты кальций,фосфор (Ca,P) жетіспегенде де адамда суйектің аурулары пайда болады. Медицинаға қатысты биохимияның бөлек БИОЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ деген үлкен саласы бар.Биоэлементология химиялық элементтердің тірі организмдердің тіршілігіне әсер етуін зерттейтін биохимияның улкен бір бөлігі десе де болады .Сұрақ өте ауқымды,көп мысал кетіруге болады.Биогенді элементтерге мысалы көптеген металлдар да кіреді. Олар натрий ,темір,калий,магний ,цинк ...Бұлардың көпшілігі организмде иондар түрінде болады.тіпті кейбір белоктардың да құрамына кіруі мүмкін Мысалы, темір гемоглобин белогының құрамына кіреді. S-элементтер Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінде ІА, ІІА топтардың негізгі топшаларында орналасқан. ІА – топтың негізгі топшасындағы – литий, натрий, калий, рубидий, цезий және франций сілтілік металдар деп аталады, электрондық конфигурациясы – nS1. ІІА топтың негізгі топшасындағы кльций, стронций, барий және радий сілтілік жерметалдар деп аталады, электрондық конфигурациясы – nS2. ІА – элементтерінің сыртқы электрондық қабатында бір S1-электронядромен әлсіз байланысты болатындықтан, оны беріп жіберіп, күштітотықсыздандырғыщ қасиет көрсетеді.Барлық қосылыстарында иондық байланыс түзеді және тотығудәрежелері тұрақты +1-ге тең болады.ІІА-элементтерінің сыртқы электрондық қабаттарында жұптасқан екі S-электрон болады (nS2), қоздырғанда бір электрон басқа р-орбитальға ауысып,тұрақты +2 тотығу дәрежесін көрсетеді. Сілтілік жерметалдар да күштітотықсыздындырғыштар, бірақ сілтілік еталдарға қарағанда активтіктерітөмен, радустары кіші және иондану энергиялары жоғары. Жоғарыдан төменқарай топ бойынша сілтілік және жер сілтілік металдаожың негіздік,тотықсыздандырғыш қасиеттері артады. Сілтілік және жерсілтілік металдарактивті болғандықтан жер қыртысында тек қосылыс түрінде кездеседі. Сутек. Сутек қасиеті әртүрлі бола алатын ерекше элемент. Ол бірде өзінің сыртқы қабатындағы жалғыз электронын беріп, оң зарядталған ионға айналады. Ол мұндайда тотықсыздандырғыш қасиет көрсетіп, металлдық қасиет көрсетеді. Келесі бір жағдайда ол өзіне бір электронды қосып анионға айналып, галогендердің қасиетін көрсетеді. Айталық, сутек металдармен әрекеттесіп, гидрид-ионға айналады, ол мұндайда галогенсутекті қышқылдың тұзына ұқсайды. Сутектің молеуласы екі атомнан тұрады. Табиғатта сутектің үш изотопы кездеседі: 1/1 Н протий немесе Н (массалық саны 1); 2/1 Н дейтерий, немесе Д/массалық саны 2/; 3/1 Н тритий немесе Т/ массалық саны3). Химиялық зерттеулер мен медициналық практикада кең қолданылатын«таңбаланылған» препараттарды, қосылыстары «жеңіл» сутекті тритицге ауыстыру арқылы алады. Сутектің гидридтері. Сутектің көміасутектен басқа элементтермен қосылыстарын гидридитер деп атауға болады. Түгелдей дерлік элементтердің гидридтері алынған. Сутекті қосылыстарды үш типке бөледі: ионды,ковалентті, металдық.Су, оның физико-химиялық қасиеттері. Су үш түрлі кгрегаттық күйде кездеседі: қатты – мұз, сұйық – су, газ сияқты бу.Менделеев кестесіндегі VІ топта орналасқан элементтердің қасиетін салыстырғанда, судың қалыпты жағдайда газ болуы керек. Осы топтағы элемент гидридтерінің қайнау температурасы, элементтердің атом массасы азайған сайын төмендейді. Судың жылу сыйымдылығы мен булану жылуы өте үлкен. Егер судың температурасын ақырын төмендеткенде, оның тығыздығы +4 0 дейін азаяды, сосын қайтадан өсіп, қатаяды, осы кезде, яғни қатайғанда басқа заттардың көлемі кішірейсе, судың көлемі үлкейіп артады.Судың диэлектрик тұрақтылығы да өзгеше. /Е=81/. Бұл дененің, егер ауадағы/вакуумдағы/ зарядталған бөлшекті суға енгізсе, онда олардың арасындағы тартылыс күші 81-есе төмендейді дегенмен бірдей. Мұның бәрін түсіндіру үшін, су молекуласының құрылымын қарастыру керек.Кез-келген молкуланың пішімі ядроның кеңістікте орналасуымен анықталатыны белгілі. Су молекуласындағы үш ядро, кеңістікте тең- бүйірлі үшбұрыш құрайды.Су молекуласының памерленуі, оттектің электротерісті атомы екі сутек атомдарының электронын өзіне тартып алуымен байланысты. Мұндайда оттек атомында теріс заряд, ал сутек атомында оң заряд пайда болады.Палярлы байланыстар тура сызық бойында емес, біраз бұрыш қарағандықтан жалпы су молекуласы, өзі сияқты екінші полярлы молекуласымен сутектікбайланыс арқылы әрекеттесе келіп, әлсіз болса да байланысады. Бұл құбылысты судың ассоциациясы (бірігуі) дейді.Ендеше, жоғарыдағы ауытқулардың бәрі де су молекуласының кеңістіктегі құрылымымен және ондағы молекулааралық әрекеттесумен байланысты болады.Қатты су (мұз) өте жақсы реттелген, өрнекті структурасымен сипатталады. Мұздың мұндай кристалды торды құруына ондағы сутектік байланыстың ықпалы маңызды. Мұздағы салыстырмалы тығыздылықтың едәуір төмен болуы, онда бос орын-қуыстардың болуы мен байланысты.Мұзды еріткенде, молекуланың жылулық құрылысы артып, оның өрнектіқұрылымы бұзылып, бос орындар сумен тола бастайды да нәтижеде сутығыздығы артады. Суда кездесетін мұздың кристалды торының бөлігін «сынақ-жарғақ» немесе тұрақсыз полимер ( ) п ретінде құрастыруға болады. Сондықтан да температураның +40 дейін жоғарылатқанда, мұздың аса ұсақ бөлшектері ери түскендіктен, тығыздық өзгереді екен. Температура мұнан әрі жоғарылағанда, молекуланың жылулық қозғалысы артуы салдарынан тығыздық төмендейді. Тіпті су бөлме температурасында да (200) полимерлі түрінде болады және мономерлі молекула бар болғаны 1% кездеседі. d – элементтер периодтық жүйенің барлық қосымша топшаларында орналасқан. d элементтерді металдарға жатқызады, өйткені олар жоғары электр және жылуөткізгіштік көрсетеді және металдық жылтыры болады. Металдық байланысы өте берік болады. Сыртқы электрондық құрылыстары мынадай структураға сәйкес келеді. (n-1) da nsb a = 1-10 b = 1-2 Атом құрылысы тұрғысынан алғандағы, бұл элементтерге тән сипат, ол ондағы элементтердің ядро заряды артқан сайын сыртындағы s және p деңгейшелер емес, ішкі екінші d деңгейіне тола бастайды. Демек, олардың сыртқы деңгейшесі өзгеріссіз қалады, яғни онда 1 немесе 2 электрон болса, онда олар өзгеріссіз. Олай болса, d элементтердің валентті электрондары сыртқы және сыртынан есептегенде ішкі екінші деңгейше болады екен. Мысалы Sc – скандий 4s13d 1, итрий 5s2∙4d1.Оларға тән мұндай жалпы атом құрылымына орай, кейбір бірдей химиялық қасиеттер де болады. d қатарындағы барлық элементтер металдар және олар өзінің жоғарғы беріктілігімен, жылу және электр өткізгіштігімен сипатталынады. Олар өзара және басқа металдармен құйма түзеді. d элемент қосымша топшаларда орналасқан. Қосымша топшалар негізгі топшаларға қарағанда қысқарақ, себебі олардың бірінші элементі IV периодтан басталады. d элементтер ІV, V, VІ периодтарда s пен p элементтерінің арасына кіретін 3 декададан тұрады. d элементтерге жатады: IV периодта Sc – Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; V периодта Y – Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rr, Pd, Ag, Cd; Vi периодта La, Hb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg. Спектр нәтижесінде алынған мәліметтер 32 d элементтік тоғызының сыртқы ns қаптарында бір электроннан (24 Cr, 29 Cu, 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 47 Ag, 78 Pt, 79 Au) ал оныншы Pb-да тіпті электрон болмайтынын көрсетті. Мұндай «құлап түсу» арқылы түзілген электрондық конфигурация тұрақты болып, бұл құбылыстың нәтижесінде энергия бөлінеді. Бірінші қосымша топшаның элементтері реакцияласқанда реакцияға бұлардың сыртқы S-электрондары және ішкі (n-1) d электрондарының бір бөлімі қатынасады. Сондықтан бұл элементтердің валенттігі өзгермелі болады. Сыртқы электрондық қабаттарында екі немесе бір S электрон болғандықтан, олар металдық қасиеттер көрсетеді. Сондықтан олардың ең төменгі тотығу дәрежелері қозған күйде екіге тең: ns2→ns’np’. Сырттан ішке қарай екінші толтырылмаған d-деңгейшесі қосымша топшалардың металдарына көптеген валенттік жағдайда болуларына мүмкіндік береді. Сондықтан, олардың қосылыстарының қышқылдық-негіздік, амфотерлік, тотығу – тотықсыздану қасиеттері де, осы тотығу дәрежелеріне тәуелді болады. Ең төменгі тотығу дәрежесінде металдардың оксидтері, гидроксидтері негіздік қасиет көрсетеді. Мысалы, FeO және Fe(OH)2 ең жоғарғы тотығу дәрежесінде қышқылдық қасиет көрсетеді. Мысалы, Mn2O7, HMnO4 орташа тотығу дәрежесінде амфотерлік қасиет көрсетеді. Мысалы, MnO2∙Mn(OH)4.Сыртқы s және d деңгейшелерінде бос орбитальдардың сандары көп болғандықтан, d элементтер комплексті қосылыстар түзуге өте бейімді. Қосымша топтағы металдарды Менделеев кестесінің бірінші тобынан бастап сегізінші тобына қарай, бұрынғы негізгі топтардағы элементтерді оқыған бағытқа қарама-қарсы бағытта өтеміз. Мыс топшасы. Бірінші қосымша топқа мыс, күміс және алтын жатады. Бұл элементтер үлкен периодтардың тақ қатарына орналасқан. Мыс топшасындағы үш металл да ауыр металдар, табиғатта бос күйінде кездесуіне байланысты өте ерте заманнан белгілі, мыстан басқа екеуі сирек, бытыраңқы металдар бір электрон болғандықтан бір валентті, бірақ сырттан екінші 18 электронды қабат жаңа толған, әлі қалыптасып тұрақты күйге келгендіктен кей (d) электрондарын химиялық байланыс түзуге бүге алады. Сондықтан мыс бір валенттілікпен қатар 2 валентті де болады. Алтын да үш валентті бола алады. Күміс көбіне бір валентте болғанымен екі және үш валентті қосылыстары да бар. Мыс кейде жеке күйде кездескенмен, негізінен қосылыстар құрамында болады. Мыс кендеріндегі оның маңызды минералдары – мыс жылтыры – Cu2S, мыс каолчеданы - CuFeS2, сирегірек кездесетіндері нуприт - Cu2O, малахит - Cu(OH)2 CuCO3. Мысты өндіруде пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық процестер қолданады. Күміс табиғатта таза дербес күйде қосылыстар құрамында кездеседі. Қосылыстарының маңыздысы күміс жылтыры – аргентит Ag2S. Кен ішіндегі мыс пен қорғасында алғанда күміс бірге шығады. Алтын. Табиғатта таза түрінде кездесетін металл. Алтынның ұсақ түйірлері кварц ішінде немесе кварц құмы арасында шашыраңқы күйде болады. Алтынның табиғаттағы қосылысы алтын теллуриді AuTe2 құрамында және мыстың қорғасынның сульфид кендерінде болады. Мырыш топшасы. Екінші қосымша топшаға мырыш, кадмий және сынап металдары кіреді. Бұлар 2 валентті болып келеді. Мырыш. Табиғатта қосылыс түрінде кездеседі, ішіндегі мырышты алуға жарайтын минералдар мырышты алдамыш және галмей. Мырыш кендері біздің Қазақстанда, Оралда, Шығыс Қазақстанда, Сібірде бар. Мырыш кендеріндегі мырыштың мөлшері аз болғандықтан, ол кенді әуелі байытып, сонан соң құрамындағы мырышты бөліп алады. Таза мырыш электролиз арқылы алынады. Мырыш – көкшіл тартқан ақ металл. Қалыпты жағдайда морт болып келеді. Кадмий көп қасиеті мырышқа ұқсас болғандықтан мырышпен аралас, мырыш кендерінде кездеседі. Сондықтан алынған мырышта әуелгі кезде әрдайым кадмий болады. Химиялық элементтердің адам ағзасына әсері. Ешқандай байлыққа бағаланбайтын халықтың денсаулық жағдайын тексеруден өткізу, ол жүйеге қолдау көрсету және салауатты өмір салтын қалыптастыруды насихаттау қай кездегіден де маңызды сипат алып, медицина саласы қызметіне айрықша серпін беретіні анық. Мемлекетімізде соңғы жылдары тиісті қаражаттар бөліп, халықтың салауатты өмір сүруіне көп көңіл бөлініп, ғалымдарымыз табиғаттағы өзгерістер және қоршаған ортаның әсері жайлы зерттеу жұмыстарын жүргізуде.Әлемдік жаһандану үрдісінде табиғатта тепе-теңдік жағдайында сақталып тұрған кейбір химиялық элементтердің адам ағзасына бірден көбейе түсуі және ағза үшін маңызы бар элементтер мөлшерінің кеміп кетуі байқалуда. Элементтердің барлығы да тиісті мөлшерден артық болса немесе азайып кетсе адам ағзасына кері әсер ететінін анықталған. Олардың табиғатта таралу жағдайларына жасалған зерттеулер бойынша жердің массасының шамамен 50 пайызын оттек, 25 пайыздан астамын кремний құрайды. Оттек, кремний, алюминий, темір, кальций, калий, натрий, магний, сутек, титан, көміртек, хлор, фосфор, күкірт,азот,марганец, фтор, барий жер массасының 99,8 пайызын құраса, ал қалған 0,2 пайызы барлық басқа элементтердің үлесіне тиеді.Элементтер тірі ағзалардағы орташа мөлшеріне қарай үш топқа бөледі. 1.Макроэлементтердің (оттек, сутек, көміртек, азот, фосфор, күкірт, кальций, магний, натрий және хлор) ағзадағы мөлшері 10 пайыздан жоғары болады. 2. Микроэлементердің (йод, мыс, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт) ағзадағы мөлшері 10-15 пайыз. 3. Ультрамикроэлементтер сынап, алтын, уран, торий, радий және т.б. Олардың ағзадағы мөлшері 15 пайыздан төмен. Адам ағзалары химиялық элементтерді әр түрлі концентрлейді, яғни, микро және макро элементтер мүшелер мен ұлпаларда әркелкі таралады. Микроэлементтердің көпшілігі бауырда, сүйек және бұлшық ет ұлпаларында жиналады. Бұл ұлпалар көптеген микроэлементтердің негізгі қоры. Элементтер кейбір мүшелерге тән болып табылады және онда концентрациясы жоғары болады. Мысалы: мырыш қарын асты безінде, йод қалқанша безінде, фтор тіс кіреукесінде, алюминий, мышьяк, ванадий шашта, кадмий, сынап, молибден бүйректе, қалайы ішек ұлпаларында, стронций қуық безінде, сүйек ұлпасында, барий көздің пигментті қабатында, бром, марганец, хром гипофизде және тағы басқаларда жиналады.Ағзада микроэлементтер байланысқан және бос ионды түрінде кездеседі. Кремний, алюминий, мыс және титан бас миы ұлпаларында нәруыздармен комплекс түрінде, ал марганец ион түрінде кездеседі. Сутек және оттек макроэлементтері су молекуласын түзетіні белгілі, ал, ересек адам ағзасының шамамен 65 пайызы су болып келеді. Су маңызды еріткіш және ол адамның мүшелерінде, ұлпаларында, биологиялық сұйықтықтарда әркелкі тараған, асқазан сұйығының, сілекейдің, қан плазмасының, лимфаның 99,5 пайыздан 90 пайызға дейінгі аралығын құрайды.Фосфор тістің қатты ұлпаларында концентрленеді, ал табиғатта кальций, хлор, фтор элементтерімен қосылыстар түрінде, фторапиттер құрамында кездесетіндігі белгілі. Кальций де негізінен сүйек және тіс ұлпаларында концентрленеді. Натрий және хлор жасушааралық, ал калий және магний жасуша ішіндегі сұйықтықтарда кездеседі. Натрий және калий фторид түрінде сүйек және тіс ұлпаларында, магний фосфат түрінде тістің қатты ұлпаларында болады. Микроэлементтер қан жасалу, тотығу тотықсыздану, тамырлар мен ұлпалардың өткізгіштігіне белсенді әсер етушілер. Макро және микроэлементтер - кальций, фосфор, фтор, йод, алюминий және кремний, сүйек және тіс ұлпаларының түзілуін қамтамасыз етушілер. Әр түрлі микроэлементтердің жетіспеушілігіне немесе артуына байланысты көптеген аурулар туындайды.Фтордың жетіспеушілігінен тіс жегісі, йодтың жетіспеушілігінен зоб, молибденнің артық мөлшерінен подагра пайда болады.Адам ағзасындағы биогенді элементтер концентрациясы өмір сүрудің тепе-теңдігін сақтайды (химиялық гомеостаз). Бұл баланс элементтің жетіспеушілігіне немесе артық болуына байланысты бұзылады және әр түрлі аурулар туады.Фтор, стронций адам тісінің мықты болуына әсер етеді.Топырақ, ауа, су - тіршілік көзі. Ендеше, су ресурстарының құрамын зерттеу, үнемі бақылау және мемлекет тарапынан қорғау іс-шараларын жүргізудің тіршілік үшін зор деуге болады.Тіршілікте әсер етуші биогенді элементтер жайындағы ғылыми-зерттеу жұмыстары молынан болғай. Көміртегі оксидінің (II) адам ағзасына зиянды әсері бар, оны «пеш газы» деп те атайды. Дем алғанда көміртегі оксиді (II) қанға өтеді және гемоглобинмен – карбоксигемоглобин түзеді. Пеш газымен уланғанда гемоглобиннің оттегімен байланысы болмай қалады да, өлімге себепші болады. Медицинада қолданылуы: Активтелген көмір (карболен) - ауыр металдар тұздарымен, алкалоидтармен т.б. уланғанда қолданылады. КаНСОз – натрий гидрокарбонаты – асқазан сөлінің қышқылдығын кемітеді; ол сулы ерітінділерді шаюда, жууда қолданылады. жүктеу/скачать 131 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|