08.УРАВНЕНИЕ И ЕГО МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ
Уравнение | Формула |
А) Галлера | 1) η = КМС |
Б) Штаудингера | 2) πосм = (СВМВ/МВМВ) ∙ RТ+βС2ВМВ |
В) Марка-Хаувинка | 3) [η] = К ∙ Мα |
Дополните высказывание
09. УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕМА И МАССЫ ПОЛИМЕРА ПРОИСХОДИТ В ПРОЦЕССЕ _____________.
10. КОЛЛИЧЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ПРОЦЕССА ОГРАНИЧЕННОГО НАБУХАНИЯ СЛУЖИТ ____________________.
11. УВЕЛИЧЕНИЕ ВЯЗКОСТИ, СВЯЗАННОЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА ПРИ РАСТВОРЕНИИ ПОЛИМЕРА, ХАРАКТЕРИЗУЮТ _______________.
Контрольные задания
12. Рассчитайте среднюю молярную массу полимера, если характеристическая вязкость его равна 0,126 м3/кг, константа К = 5∙10 – 5; α = 0,67.
13. Определите молярную массу полимера по следующим данным:
Концентрация раствора, кг/м3 | 0,015 | 0,025 | 0,050 |
Приведённая вязкость раствора ВМС в бензоле | 1,8 | 2,0 | 2,5 |
К = 4,21·10– 4; α = 0,67
14. Время истечения из вискозиметра для 0,8%-го раствора полимера (С5Н5Сl-)n равно 53 с, время истечения растворителя — 40 с. Рассчитайте относительную, удельную и приведённую вязкости.
|
|
Литература
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 526 – 545.
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М.: Высш. шк., 2008. – С. 227-237.
Биогенные элементы
Химия биогенных элементов
В начале 20 века советским академиком В.И. Вернадским на основе геохимии, биологии и биохимии была создана новая наука – биогеохимия.
Биогеохимия – наука, изучающая взаимосвязь элементарного химического состава земной коры и живых организмов, а также миграцию химических элементов и их круговорот в системе «живая материя – земля». Биогеохимияизучает химические процессы, происходящие в земной коре с участием живых организмов.
Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами образует биосферу. В процессе деятельности живых организмов в биосфере образуются минералы и различные природные вещества. Известно около 90 химических элементов в составе земной коры. В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы.
Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью – называются биогенными элементами.
Отбор биогенных элементов в процессе эволюции происходил под влиянием следующих факторов:
1. Распространенность элементов в земной коре.
|
|
2. Заряд атомного ядра. Биогенные элементы в основном легкие элементы.
3. Растворимость природных соединений данного элемента в воде.
4. Энергия гидратации иона.
5. Значения координационных чисел атомов.
В зависимости от массовой доли элемента (ω%) в организме элементы делят на следующие группы:
1) Макроэлементы с ω (х)>0,01% от массы организма - C, O, H, N, P S, Cl, Ca, Na, Mg, K, Fe.
2) Микроэлементы с ω (х) от 10-3 до 10-5 % от массы организма – Cu, Mo, Co, Cr, F, Br, I и др.
3) Ультрамикроэлементы с ω (х) <10-5 % от массы организма – Hg, Au, Ra и др.
Такие элементы, как C, O, H, N,P,S относятся к органогенам. Они входят в состав каждой клетки и в состав биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, углеводов.
Эти 12 элементов составляют 99,99% массы живого субстрата и 99% живых тканей содержат только эти элементы.
10 металлов, жизненно необходимых для живого организма получили название «металлы жизни»: Ca, K, Na, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co.
Различна биологическая роль этих групп элементов.
Макроэлементы в организме выполняют роль пластического материала, участвуют в построении тканей, поддержании осмотического давления, кислотно–основного равновесия (гомеостаза), рН среды.
Микроэлементы входят в структуру и активные центры ферментов, находятся в составе витаминов, гормонов, влияют на обмен белков, жиров, углеводов.
Биологическая роль ультрамикроэлементов изучена мало.
По расположению в периодической системе биогенные элементы относятся к s,p и d – семействам химических элементов. При этом, как правило:
S - элементы – образуют электролитную среду в крови и других биологических жидкостей(Na, Mg, K, Ca, Н);
Р - элементы – это органогены (С, S, N О);
D - элементы главным образом микроэлементы.
Установлена связь между положением химических элементов в периодической системе и их биологической ролью.
Элементы IА группы – влияют на деятельность сердечной мышцы и кровообращения.
Элементы IIА группы – оказывают влияние на процессы образования костей, действие гормона инсулина.
Элементы VА группы – участвуют в процессах окислительного распада веществ в организме.
Элементы VIА группы – способны к взаимному замещению в биологических соединениях.
Существует общее правило: в организме количественное содержание химического элемента убывает с увеличением его порядкового номера, при этом возрастает токсичность соединений элементо в.
Органы и среды человека по-разному концентрируют в себе химические элементы.
Водород и кислород – макроэлементы входят в состав Н2О, которой в организме человека примерно 65%.
Углерод, водород, азот, фосфор, кислород – входят в состав белков примерно 80%, которых содержится в селезенке, легких, мышцах.
Углерод, водород, кислород – входят в состав углеводов, липидов, которые концентрируются в печени, сыворотки крови.
Кальций, магний и фосфор содержатся в костной ткани, твердых тканях зубов; Мо – в почках; Zn – в поджелудочной железе; I – в щитовидной железе; Sr – в костях; Mn, Cr, Br – в гипофизе; Ва – в сетчатке глаза.
Большинство микроэлементов концентрируются в печени – функциональном депо микроэлементов.
Биогенные элементы в организме находятся как в свободной ионизированной форме, так и в составе различных соединений.
Например, железо в кислой среде желудка содержится в виде свободных ионов Fe2+ и Fe3+; щелочной среде кишечника находится в виде Fe(OH)3; в крови – в составе гемоглобина как комплексообразователь Fe2+ с координационным числом 6.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение концентраций микроэлементов. Так при развитии гипертонической болезни в крови и эритроцитах более, чем в 2 раза уменьшается содержание лития, при инфаркте миокарда в плазме крови снижается содержание ионов Zn2+.
|
|
Концентрация элемента в живом веществе прямо пропорциональна его содержанию в среде обитания с учетом растворимости соединений элемента. Согласно биогеохимической теории В.И. Вернадского существует «биогенная миграция атомов» по цепочке
воздух → почва → вода → пища → человек,
в результате которой практически все элементы, окружающие человека во внешней среде, в большей или меньшей степени проникают внутрь организма. В 1926 году академик В.И. Вернадский предложил выделить участки земной коры, отличающиеся накоплением одних элементов и обедненных другими элементами. Эти участки были названы – биохимическими провинциями. Таким образом, одни организмы попадают в условия избытка какого-либо элемента, а другие – недостатка. Это приводит к возникновению эндемических заболеваний характерных для какой-то определенной местности или региона. Например, у лиц, проживающих в областях удаленных от моря, где в воде и растениях наблюдается недостаток иода, развивается эндемическое заболевание щитовидной железы. При избытке фтора в питьевой воде возникает флюфоз – заболевание зубной эмали. Избыток свинца наблюдается на Алтае, меди – на южном Урале.
Таким образом, количественное определение содержания элементов в природных источниках, органах, тканях в норме и патологии имеет большое значение для прогнозирования, диагностики и лечения различных заболеваний.
Ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне:
Химический элемент | Суточное потребление, в мг | |
Взрослые | Дети | |
Калий | 2000-5500 | |
Натрий | 1100-3300 | |
Кальций | 800-1200 | |
Магний | 300-400 | |
Цинк | ||
Железо | 10-15 | |
Марганец | 2-5 | 1,3 |
Медь | 1,5-3,0 | 1,0 |
Титан | 0,85 | 0,06 |
Молибден | 0,075-0,250 | - |
Хром | 0,05-0,20 | 0,04 |
Кобальт | Около 0,2 витамин B12 | 0,001 |
Хлор | ||
РО43- | 800-1200 | |
SO42- | – | |
Йод | 0,15 | 0,07 |
Селен | 0,05-0, 07 | – |
Фтор | 1,5-4,0 | 0, 6 |
Столько же химических элементов должно выводиться, поскольку их содержание в организме находится в относительном постоянстве. При недостаточном поступлении элемента в организм наносится существенный ущерб росту и развитию организма. Это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит элемент. При повышении дозы этого элемента ответная реакция организма возрастает и достигает нормы. Постоянство содержания необходимых элементов вероятнее всего определяется эффективными механизмами гомеостаза. Предположения ученых идут еще дальше. В живом организме не только присутствуют все элементы, но каждый из них выполняет какую-то функцию. Современное состояние знаний о биологической роли элементов можно характеризовать как поверхностное прикосновение к этой проблеме. Накоплено много фактических данных по содержанию элементов в различных компонентах биосферы, ответные реакции организма на их недостаток и избыток. Составлены карты биогеохимического районирования и биогеохимических провинций. Но нет общей теории рассматривающей функции, механизм воздействия и роль микроэлементов в биосфере.
|
|
Контрольные вопросы
1. Биогеохимия.
2. Биогенные элементы, их классификация, роль в организме. Органогены.
3. Факторы отбора биогенных элементов в процессе эволюции. Связь между положением химических элементов в периодической системе и их биологической ролью.
4. Топография микроэлементов. Формы нахождения биогенных элементов в организме.
5. Биогеохимические провинции. Эндемические заболевания.
6.
Типовые задачи
Задача 1. Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и взвешенных в ней кровяных клеток (эритроцитов, лейкоцитов, и кровяных пластинок - тромбоцитов). Клинический анализ показывает, что в 100 см3 крови содержится 180 мг калия и 6,5 мг кальция в ионной форме. Сколько ионов калия и кальция содержится в крови взрослого человека, если усредненный ее объем составляет 5 дм3?
Дано: | Решение: |
Vкрови = 100 см3 | 1. n(X) = m(X) / M(X) – в 100 см3 крови, а в 5 дм3 = 5000 см3 |
m (К+) = 180 мг = 0,180 г | n(X) = 50·m(X) / M(X) |
m (Са2+) = 6,5 мг = 0,0065 г | |
Vобщ.кр. = 5 дм3 | n(К+) = 50·0,180 / 39 = 0,23 моль |
N (К+) =? | n(Са2+) = 50·0,0065 / 40 = 0,008 моль |
N (Са2+) =? | |
2. Постоянная Авогадро NA = 6, 0221367·1023 ед·моль— 1 | |
N (Х)= n(X) · NA | |
N(К+) = n(К+)· NA N(К+) = 0,23 · 6, 02·1023 = 1,38·1023 N(Са2+) = n(Са2+)· NA N(Са2+) = 0,008· 6, 02·1023 = 4,8·1021 | |
Ответ: N(К+) = 1,38·1023; N(Са2+) = 4,8·1021. |
Задача 2. Из неорганических веществ плазмы большое значение имеют ионы натрия, кальция, калия, магния, хлора и др. Например, ионы кальция необходимы для свертывания крови, ионы магния – для углеводного обмена. В плазме крови соотношение числа моль ионов Na+, К+ и Са2+ строго постоянно и составляет 25: 1: 0,5. Сколько моль этих ионов содержится в крови здорового человека, если масса ионов натрия в ней составляет 10 г?
Дано: | Решение: |
m (Na+)= 10 г | 1. n(Na+) = m(Na+) / M(Na+) |
n (Na+): n (К+): n (Са2+) =25: 1: 0,5 | n(Na+) = 10/23 = 0,435 моль |
n (Na+) =? n(К+) =? n(Са2+) =? | 2. n(Na+): n(К+) = 25: 1 |
n(К+) = n(Na+)/25 = 0,435/25 = 0,0174 моль | |
3. n (Na+): n (Са2+) = 25: 0,5 | |
n (Са2+) = n (Na+) · 0,5/25 = 0,435· 0,5/25 = 0,0087 моль | |
Ответ: n(Na+) = 0,435 моль; n(К+) = 0,0174 моль; n (Са2+) = 0,0087 моль. |
Тестовые задания
Выберите правильный вариант ответа
01. ЭЛЕМЕНТЫ, СОДЕРЖАНИЕ КОТОРЫХ В ОРГАНИЗМЕ 10 –3 – 10 –5 %, ЭТО
1) макроэлементы
2) микроэлементы
3) ультрамикроэлементы
4) условнобиогенные
02. ЭЛЕМЕНТЫ ОРГАНОГЕННЫ
1) С, О, Н, S, Mg, Са
2) О, Н, Fe, S; Р; N
3) С, Н, Р, Na, Mg
4) О, Н, С, S, Р, N
03. ВЫБЕРИТЕ РЯД МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
1) Mo, Sr, Co, Cu
2) Mg, I, As, Cu
3) F, Br, Sr, Na
4) Cl, Br, I, At
04. СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ ВЗРОСЛОГО ЧЕЛОВЕКА
1) 65-67%
2)74-76%
3) 80-85%
4) 55-60%
05. ОСНОВНАЯ РОЛЬ ИОНОВ КАЛИЯ И НАТРИЯ В ОРГАНИЗМЕ
1) входят в состав костной ткани
2) электролитные компоненты клеточной и внеклеточной жидкости
3) входят в состав коферментов
4) главные комплексообразователи с биолигандами
06. КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ КАЛИЯ БОЛЬШЕ
1) в клетке
2) во внеклеточной жидкости
3) одинакова в клетке и во внеклеточной жидкости
07. ВЫБЕРИТЕ РЯД УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТОВ
1) I, Hg, As, Cu
2) Hg, Au, As, Ra
3) Br, Sr, Со, F
4) F, CI, Br, I
08. ИОНЫ К+ НЕОБХОДИМЫ ДЛЯ: А) СОКРАЩЕНИЯ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ; Б) ПРОВЕДЕНИЯ НЕРВНЫХ ИМПУЛЬСОВ; В) АКТИВАЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ФЕРМЕНТОВ; Г) ВОЗНИКНОВЕНИЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА
1) а, б, в
2) а, б, в, г
3) б, в
4) а, г
09. КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ НАТРИЯ БОЛЬШЕ
1) в клетке
2) одинакова в клетке и во внеклеточной жидкости
3) во внеклеточной жидкости
10. СОДЕРЖАНИЕ Bе В ОРГАНИЗМЕ 10-7 %, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ОН ЯВЛЯЕТСЯ
1) макроэлементом
2) микроэлементом
3) примесным элементом
4) ультрамикроэлементом