Химия
9 класс

§ 4. Химическая организация природы

Словосочетание «земной шар» входит в нашу жизнь уже с детского сада. И на самом деле наша планета — шар, только немного сплюснутый вблизи полюсов, что является результатом её вращения вокруг своей оси. У литовского поэта Э. Межелайтиса есть образные строчки: «А в минуту печали Земля подарила мне шар головы, так на Землю и Солнце похожий».

Химическая организация неживой природы. И Солнце, и Земля, и другие небесные тела, а также человек и весь окружающий его живой и неживой мир построены из одних и тех же химических элементов, представленных в таблице Д. И. Менделеева.

Рис. 5.
Солнце наполовину состоит из водорода

Так, звезда по имени Солнце более чем наполовину состоит из водорода (рис. 5), а гигантская планета Солнечной системы Юпитер (рис. 6) почти полностью построена из этого химического элемента. Из-за низких температур и гигантских давлений водород на этой планете находится в твёрдом состоянии. Вообще во Вселенной господствуют два химических элемента: водород и гелий. Считается, что на водород приходится около 75% , а на гелий около 23% .

Рис. 6.
Юпитер

Земной шар имеет сложное строение. В центре планеты располагается твёрдое внутреннее ядро радиусом около 1200 км, которое состоит из железа и никеля, находящихся под высоким давлением. Поэтому, несмотря на высокую температуру, эта часть ядра твёрдая. Его окружает расплавленное внешнее ядро радиусом около 2300 км. О строении внешнего ядра известно немного. Оно, как и внутреннее ядро, состоит из расплавленных железа и никеля и, возможно, из некоторых других элементов. Температура веществ в ядре достигает 5000—6500 °С.

Ядро покрывает мантия (от греч. мантион — покрывало, плащ) толщиной около 2800 км. Мантия состоит из минералов, построенных в основном кремнием, магнием и железом. Она имеет температуру около 2000—2500 °С. Вещества мантии находятся под высоким давлением, в ней на разных глубинах образуется магма (от греч. магма — густая мазь) — расплавленная вязко-жидкая масса, выходящая на поверхность при извержении вулкана в виде лавы. Вещества магмы представлены уже большим числом химических элементов: кислородом, кремнием, алюминием, железом, магнием, кальцием, натрием, калием. При извержениях выделяются летучие вещества: вода, сероводород, оксиды углерода и серы и др.

За мантией следует земная кора — литосфера. Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов (рис. 7). Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 1/4 — на кремний. Всего 18 элементов — О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, Н, Ti, С, Cl, Р, S, N, Mn, F, Ва — составляют 99,8% массы земной коры.

Химические элементы в клетках живых организмов. В составе веществ, образующих клетки всех живых организмов (человека, животных, растений), обнаружено более 70 элементов. Эти элементы принято делить на две группы: макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы содержатся в клетках в больших количествах. В первую очередь это углерод, кислород, азот и водород. Суммарное их содержание в клетке составляет 98%. Кроме названных элементов к макроэлементам относят также магний, калий, кальций, натрий, фосфор, серу и хлор. Суммарное их содержание 1,9%. Таким образом, на долю остальных химических элементов приходится около 0,1%. Это микроэлементы. К ним относят железо, цинк, марганец, бор, медь, иод, кобальт, бром, фтор, алюминий и др.

В молоке млекопитающих обнаружено 23 микроэлемента: литий, рубидий, медь, серебро, барий, стронций, титан, мышьяк, ванадий, хром, молибден, иод, фтор, марганец, железо, кобальт, никель и др.

В состав крови млекопитающих входит 24 микроэлемента, а в состав головного мозга человека — 18 микроэлементов.

Элементный состав человеческого тела представлен на рисунке 8.

Рис. 8.
Химические элементы в организме человека

Как можно заметить, в клетке нет каких-либо особенных элементов, характерных только для живой природы, т. е. на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Эти различия обнаруживаются лишь на уровне сложных веществ — на молекулярном уровне. Так, наряду с неорганическими веществами (водой и минеральными солями) клетки живых организмов содержат вещества, характерные только для них, — органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны и др.). Эти вещества построены в основном из углерода, водорода, кислорода и азота, т. е. из макроэлементов. Микроэлементы содержатся в этих веществах в незначительных количествах, тем не менее их роль в нормальной жизнедеятельности организмов огромна. Например, соединения бора, марганца, цинка, кобальта резко увеличивают урожайность отдельных сельскохозяйственных растений и повышают их сопротивляемость к различным болезням.

Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности микроэлементы с пищей. Если в пище не хватает марганца, то возможна задержка роста, замедление наступления половой зрелости, нарушение минерального обмена при формировании скелета. Добавка долей миллиграмма солей марганца к суточному рациону животных устраняет эти заболевания.

Кобальт входит в состав витамина В12, необходимого для нормальной работы кроветворных органов. Недостаток кобальта в пище вызывает серьёзное заболевание, приводящее к истощению и даже гибели организма.

Значение микроэлементов для человека впервые было выявлено при изучении эндемического зоба — заболевания щитовидной железы, которое вызывается недостатком иода в воде и пище. Добавка иода к пище в малых количествах предупреждает это заболевание. С профилактической целью проводят иодирование пищевой поваренной соли, в которую добавляют 0,001—0,01% иодида калия (рис. 9).

Рис. 9.
Иодированная соль

В состав большинства биологических катализаторов — ферментов входят цинк, молибден и некоторые другие металлы. Эти элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в очень малых количествах, обеспечивают нормальную работу тончайших биохимических механизмов, являются активными участниками процессов жизнедеятельности.

Многие витамины содержат микроэлементы. Витамины — это органические вещества различной химической природы, поступающие в организм с пищей в малых дозах и оказывающие большое влияние на обмен веществ и общую жизнедеятельность организма. В отличие от ферментов, витамины не образуются в клетках организма человека. Большинство из них поступают с пищей (рис. 10), а некоторые синтезируются микрофлорой кишечника. Источниками многих витаминов служат растения: цитрусовые, шиповник, петрушка, лук, чеснок и многие другие. Некоторые витамины поступают в организм человека с животной пищей. Витамины А, B1, В2, К получают синтетическим путем. Своё название витамины получили от двух слов: вита — «жизнь» и амин — «содержащий азот».

Рис. 10.
Витамины в продуктах питания

Микроэлементы входят также в состав некоторых гормонов (от греч. хармао — побеждаю) — биологически активных веществ, регулирующих работу органов и систем органов человека и животных. Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции и поступают в кровь, которая разносит их по всему организму.

Новые слова и понятия

  1. Строение Земли.
  2. Химический состав ядра, мантии и земной коры.
  3. Макроэлементы и микроэлементы.
  4. Роль микроэлементов в жизнедеятельности растений, животных и человека.
  5. Органические вещества: белки, жиры, углеводы.
  6. Ферменты.
  7. Витамины.
  8. Гормоны.

Задания для самостоятельной работы

  1. На каком уровне форм существования химического элемента начинается различие между живой и неживой природой?
  2. Назовите вещества, которых нет в неживой природе.
  3. Почему отдельные макроэлементы называют также биогенными? Перечислите их.
  4. Почему одно из заболеваний щитовидной железы называют эндемическим зобом? Что такое эндемики? Назовите некоторые эндемики-растения и эндемиков-животных.
  5. Чем различаются витамины и ферменты? Что общего между ними?
  6. Вспомните из курса анатомии некоторые гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции, и укажите их биологическое значение.

Рейтинг@Mail.ru