مواد معدنی در زندگی انسان مواد معدنی. دانشتان را امتحان کنید

معرفی

من یک موضوع نسبتاً پیچیده را انتخاب کردم، زیرا علوم بسیاری را با هم ترکیب می کند که مطالعه آنها در جهان بسیار مهم است: زیست شناسی، بوم شناسی، شیمی و غیره. موضوع من در دروس شیمی و زیست شناسی مدرسه قابل توجه است. انسان یک موجود زنده بسیار پیچیده است، اما مطالعه او برای من بسیار جالب به نظر می رسید. من معتقدم که هر فردی باید بداند از چه چیزی تشکیل شده است.

هدف: عناصر شیمیایی تشکیل دهنده انسان و تعامل آنها در بدن را با جزئیات بیشتری مطالعه کنید.

برای رسیدن به این هدف موارد زیر تعیین شد: وظایف:

• 1) ترکیب عنصری موجودات زنده را مطالعه کنید.
• 2) گروه های اصلی عناصر شیمیایی را شناسایی کنید: عناصر میکرو و کلان.
• 3) تعیین کنید کدام عناصر شیمیایی مسئول رشد، عملکرد عضلات، سیستم عصبی و غیره هستند.
• 4) انجام آزمایشات آزمایشگاهی وجود کربن، نیتروژن و آهن در بدن انسان.

روش ها و تکنیک ها:تجزیه و تحلیل ادبیات علمی، تجزیه و تحلیل تطبیقی، سنتز، طبقه بندی و تعمیم مطالب انتخاب شده؛ روش مشاهده، آزمایش (فیزیکی و شیمیایی).

عناصر شیمیایی در بدن انسان

همه موجودات زنده روی زمین، از جمله انسان، در تماس نزدیک با محیط هستند. غذا و آب آشامیدنی تقریباً به ورود همه عناصر شیمیایی به بدن کمک می کند. آنها هر روز وارد بدن شده و از بدن خارج می شوند. تجزیه و تحلیل ها نشان داده است که تعداد عناصر شیمیایی منفرد و نسبت آنها در بدن سالم افراد مختلف تقریباً یکسان است.

بسیاری از دانشمندان بر این باورند که نه تنها همه عناصر شیمیایی در یک موجود زنده وجود دارند، بلکه هر یک از آنها عملکرد بیولوژیکی خاصی را انجام می دهند. نقش حدود 30 عنصر شیمیایی به طور قابل اعتماد ثابت شده است، بدون آنها بدن انسان نمی تواند به طور معمول وجود داشته باشد. این عناصر حیاتی نامیده می شوند. بدن انسان از 60 درصد آب، 34 درصد آلی و 6 درصد مواد معدنی تشکیل شده است.

بدن یک فرد با وزن 70 کیلوگرم شامل موارد زیر است:

کربن - 12.6 کیلوگرم کلر - 200 گرم

اکسیژن-45.5 کیلوگرم فسفر-0.7 کیلوگرم

هیدروژن-7 کیلوگرم گوگرد-175 گرم

نیتروژن-2.1 کیلوگرم آهن-5 گرم

کلسیم - 1.4 کیلوگرم فلوئور - 100 گرم

سدیم - 150 گرم سیلیکون - 3 گرم

پتاسیم - 100 گرم ید - 0.1 گرم

منیزیم - 200 گرم آرسنیک - 0.0005 گرم

4 ستون زندگی

کربن، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن چهار عنصر شیمیایی هستند که شیمیدانان آنها را "نهنگ های شیمی" می نامند و در عین حال عناصر اساسی زندگی هستند. نه تنها پروتئین های زنده، بلکه تمام طبیعت اطراف ما و درون ما از مولکول های این چهار عنصر ساخته شده اند.

کربن در انزوا یک سنگ مرده است. نیتروژن مانند اکسیژن یک گاز آزاد است. نیتروژن به هیچ چیز محدود نمی شود. ترکیب هیدروژن با اکسیژن آب را تشکیل می دهد و با هم کیهان را می سازند.

در ترکیبات ساده آنها آب روی زمین، ابرها در جو و هوا هستند. در ترکیبات پیچیده تر، اینها کربوهیدرات ها، نمک ها، اسیدها، قلیاها، الکل ها، قندها، چربی ها و پروتئین ها هستند. با پیچیده تر شدن، آنها به بالاترین مرحله توسعه می رسند - آنها زندگی می آفرینند.

کربن -اساس زندگی

همه مواد آلی که موجودات زنده از آنها ساخته شده اند با مواد معدنی تفاوت دارند زیرا بر اساس عنصر شیمیایی کربن هستند. مواد آلی حاوی عناصر دیگری نیز هستند: هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و فسفر. اما همه آنها در اطراف کربن، که عنصر مرکزی اصلی است، جمع می شوند.

آکادمیک فرسمن آن را اساس زندگی نامید، زیرا بدون کربن زندگی غیرممکن است. هیچ عنصر شیمیایی دیگری با خواص منحصر به فرد کربن وجود ندارد.

با این حال، این بدان معنا نیست که کربن بخش عمده ای از مواد زنده را تشکیل می دهد. در هر موجودی فقط 10 درصد کربن، 80 درصد آب وجود دارد و ده درصد باقیمانده از دیگر عناصر شیمیایی تشکیل‌دهنده بدن است.

یکی از ویژگی های کربن در ترکیبات آلی، توانایی نامحدود آن در اتصال عناصر مختلف به گروه های اتمی در ترکیبات مختلف است.

موادی مانند ماسه، خاک رس، مواد معدنی مختلف، آب، اکسیدهای کربن، اسید کربنیک، نمک های آن و سایر مواردی که در «طبیعت بی جان» یافت می شوند، مواد معدنی یا معدنی نامیده می شوند.

از حدود یکصد عنصر شیمیایی موجود در پوسته زمین، فقط شانزده عنصر برای حیات ضروری است و چهار عنصر از آنها - هیدروژن (H)، کربن (C)، اکسیژن (O) و نیتروژن (N) رایج ترین عناصر موجود در زندگی هستند. موجودات زنده و 99 درصد از جرم موجودات زنده را تشکیل می دهند. اهمیت بیولوژیکی این عناصر با ظرفیت آنها (1، 2، 3، 4) و توانایی تشکیل پیوندهای کووالانسی قوی، که قوی تر از پیوندهای تشکیل شده توسط سایر عناصر با همان ظرفیت است، مرتبط است. مهم‌ترین یون‌های فسفر (P)، گوگرد (S)، سدیم، منیزیم، کلر، پتاسیم و یون‌های کلسیم (Na, Mg, Cl, K, Ca) هستند. آهن (Fe)، کبالت (Co)، مس (Cu)، روی (Zn)، بور (B)، آلومینیوم (Al)، سیلیکون (Si)، وانادیم (V)، مولیبدن (Mo)، ید (I) منگنز (Mn).

همه عناصر شیمیایی به صورت یون یا به عنوان بخشی از ترکیبات خاص در ساخت بدن شرکت می کنند. به عنوان مثال، کربن، هیدروژن و اکسیژن در کربوهیدرات ها و چربی ها یافت می شود. در ترکیب پروتئین ها، نیتروژن و گوگرد به آنها اضافه می شود، در ترکیب اسیدهای نوکلئیک - نیتروژن، فسفر، آهن، که در ساخت مولکول هموگلوبین نقش دارند. منیزیم در کلروفیل یافت می شود. مس در برخی از آنزیم های اکسیداتیو یافت می شود. ید در مولکول تیروکسین (هورمون تیروئید) موجود است. سدیم و پتاسیم بار الکتریکی را بر روی غشای سلول های عصبی و رشته های عصبی ایجاد می کنند. روی در مولکول هورمون پانکراس - انسولین گنجانده شده است. کبالت در ویتامین B12 یافت می شود.

ترکیبات نیتروژن، فسفر، کلسیم و سایر مواد معدنی به عنوان منبع مصالح ساختمانی برای سنتز مولکول‌های آلی (اسیدهای آمینه، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و غیره) عمل می‌کنند و بخشی از تعدادی از ساختارهای پشتیبان سلول و ارگانیسم هستند. . برخی از یون های معدنی (به عنوان مثال یون های کلسیم و منیزیم) فعال کننده و اجزای بسیاری از آنزیم ها، هورمون ها و ویتامین ها هستند. با کمبود این یون ها، فرآیندهای حیاتی در سلول مختل می شود.

اسیدهای معدنی و نمک های آنها عملکردهای مهمی را در موجودات زنده انجام می دهند. اسید کلریدریک بخشی از شیره معده حیوانات و انسان است و فرآیند هضم پروتئین های غذا را تسریع می کند. بقایای اسید سولفوریک، با پیوستن به مواد خارجی نامحلول در آب، به آنها حلالیت می دهد و حذف آنها از بدن را تسهیل می کند. نمک های غیر آلی سدیم و پتاسیم اسیدهای نیتروژن و فسفریک به عنوان اجزای مهم تغذیه معدنی گیاهان به عنوان کود به خاک اضافه می شوند. نمک های کلسیم و فسفر بخشی از بافت استخوانی حیوانات هستند. دی اکسید کربن (CO2) به طور مداوم در طبیعت در طی اکسیداسیون مواد آلی (بقایای گیاهی و حیوانی پوسیده، تنفس، احتراق سوخت) در مقادیر زیاد تشکیل می شود، از شکاف های آتشفشانی و از آب چشمه های معدنی آزاد می شود.

آب یک ماده بسیار رایج در زمین است. تقریباً سطح کره زمین پوشیده از آب است و اقیانوس ها و دریاها را تشکیل می دهد. رودخانه ها، دریاچه ها. مقدار زیادی آب به صورت بخار گازی در جو وجود دارد. در تمام طول سال به صورت توده های عظیم برف و یخ بر روی قله های کوه های مرتفع قرار دارد و در کشورهای قطبی در روده های زمین نیز آبی وجود دارد که خاک و سنگ ها را اشباع می کند.

آب در زندگی گیاهان، حیوانات و انسان بسیار مهم است. بر اساس ایده های مدرن، منشاء حیات با دریا مرتبط است. در هر موجودی، آب محیطی است که در آن فرآیندهای شیمیایی انجام می شود که حیات موجودات را تضمین می کند. علاوه بر این، خود در تعدادی از واکنش های بیوشیمیایی شرکت می کند.

خواص شیمیایی و فیزیکی آب کاملاً غیرعادی است و عمدتاً با اندازه کوچک مولکول های آن، با قطبیت مولکول های آن و توانایی آنها در ارتباط با یکدیگر از طریق پیوندهای هیدروژنی مرتبط است.

بیایید اهمیت بیولوژیکی آب را در نظر بگیریم. آب - عالی حلالبرای مواد قطبی اینها شامل ترکیبات یونی مانند نمک ها می شود که در آنها ذرات باردار (یون ها) در آب هنگام حل شدن ماده جدا می شوند (از یکدیگر جدا می شوند) و همچنین برخی از ترکیبات غیر یونی مانند قندها و الکل های ساده که حاوی باردار هستند. گروه های مولکول (قطبی) (در قندها و الکل ها گروه های OH هستند). هنگامی که یک ماده وارد محلول می شود، مولکول ها یا یون های آن می توانند آزادانه تر حرکت کنند و بر این اساس، واکنش پذیری آن افزایش می یابد. به همین دلیل، بیشتر واکنش های شیمیایی در یک سلول در محلول های آبی رخ می دهد. مواد غیر قطبی، مانند لیپیدها، با آب مخلوط نمی شوند و بنابراین می توانند محلول های آبی را به بخش های جداگانه جدا کنند، همانطور که غشاء آنها را جدا می کند. قسمت‌های غیر قطبی مولکول‌ها توسط آب دفع می‌شوند و در حضور آن به یکدیگر جذب می‌شوند، مثلاً زمانی که قطرات نفت به قطرات بزرگ‌تر ادغام می‌شوند. به عبارت دیگر، مولکول های غیرقطبی آبگریز هستند. چنین فعل و انفعالات آبگریز نقش مهمی در تضمین پایداری غشاها و همچنین بسیاری از مولکول های پروتئین و اسیدهای نوکلئیک دارند. خواص ذاتی آب به عنوان یک حلال همچنین به این معنی است که آب به عنوان وسیله ای برای انتقال مواد مختلف عمل می کند. این نقش را در خون، در سیستم لنفاوی و دفعی، در دستگاه گوارش و در آبکش و آوند چوبی گیاهان انجام می دهد.

آب عالی داره ظرفیت گرمایی.این بدان معنی است که افزایش قابل توجه انرژی حرارتی باعث افزایش نسبتاً کمی در دمای آن می شود. این پدیده با این واقعیت توضیح داده می شود که بخش قابل توجهی از این انرژی صرف شکستن پیوندهای هیدروژنی می شود که تحرک مولکول های آب را محدود می کند، یعنی برای غلبه بر چسبندگی آن. ظرفیت گرمایی بالای آب تغییرات دمایی را که در آن اتفاق می افتد به حداقل می رساند. به همین دلیل، فرآیندهای بیوشیمیایی در محدوده دمایی کوچک‌تر و با سرعت ثابت‌تری اتفاق می‌افتند و خطر اختلال در این فرآیندها از انحرافات ناگهانی دما، آنها را با شدت کمتری تهدید می‌کند. آب به عنوان زیستگاه بسیاری از سلول ها و ارگانیسم ها عمل می کند که با ثبات نسبتاً قابل توجهی از شرایط مشخص می شود.

آب با بزرگ مشخص می شود گرمای تبخیر. گرمای نهان تبخیر (یا گرمای نهان نسبی تبخیر) اندازه‌گیری مقدار انرژی حرارتی است که باید به مایع منتقل شود تا به بخار تبدیل شود، یعنی بر نیروهای انسجام مولکولی در مایع غلبه کند. مایع تبخیر آب به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد. این با وجود پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب توضیح داده می شود. به همین دلیل است که نقطه جوش آب، ماده ای با چنین مولکول های کوچک، به طور غیرعادی بالا است.

انرژی مورد نیاز برای تبخیر مولکول های آب از محیط آنها می آید. بنابراین تبخیر با سرد شدن همراه است. این پدیده در حیوانات هنگام تعریق، در هنگام تنگی نفس حرارتی در پستانداران یا در برخی از خزندگان (مثلاً کروکودیل ها) که با دهان باز در آفتاب می نشینند استفاده می شود. همچنین ممکن است نقش مهمی در خنک کردن برگ‌های در حال تعرق داشته باشد. گرمای نهان همجوشی (یا گرمای نهان نسبی همجوشی) معیاری از انرژی حرارتی مورد نیاز برای ذوب یک جامد (یخ) است. آب برای ذوب (ذوب شدن) به انرژی نسبتاً زیادی نیاز دارد. عکس آن نیز صادق است: وقتی آب یخ می زند، باید مقدار زیادی انرژی حرارتی آزاد کند. این امر احتمال انجماد محتویات سلولی و مایع اطراف را کاهش می دهد. کریستال های یخ زمانی که در داخل سلول ها تشکیل می شوند برای موجودات زنده مضر هستند.

آب تنها ماده ای است که بیشتر دارد تراکم،نسبت به جامد. از آنجایی که یخ در آب شناور است، زمانی که یخ ابتدا روی سطح خود و در نهایت در لایه های زیرین یخ می زند، تشکیل می شود. اگر انجماد حوضچه ها به ترتیب معکوس، از پایین به بالا رخ می داد، در مناطقی با آب و هوای معتدل یا سرد، زندگی در بدنه های آب شیرین به هیچ وجه نمی توانست وجود داشته باشد. یخ مانند یک پتو ستون آب را می پوشاند که شانس زنده ماندن موجودات زنده در آن را افزایش می دهد. این امر در آب و هوای سرد و در طول فصل سرد اهمیت دارد، اما بدون شک در عصر یخبندان نقش مهمی را ایفا کرد. یخ با قرار گرفتن در سطح، سریعتر آب می شود. این واقعیت که لایه های آبی که دمای آنها به زیر 4 درجه رسیده است به سمت بالا بالا می روند باعث حرکت آنها در حجم های بزرگ آبی می شود. مواد مغذی موجود در آن همراه با آب در گردش هستند، به همین دلیل بدنه های آبی توسط موجودات زنده تا اعماق زیاد پر می شوند.

آب بزرگی دارد کشش سطحی و انسجام. انسجام- این چسبندگی مولکول های یک جسم فیزیکی به یکدیگر تحت تأثیر نیروهای جاذبه است. کشش سطحی روی سطح مایع وجود دارد - نتیجه نیروهای منسجمی که بین مولکول ها به سمت داخل عمل می کنند. به دلیل کشش سطحی، مایع به شکلی تمایل دارد که سطح آن حداقل باشد (در حالت ایده آل، یک شکل کروی). در بین تمام مایعات، آب بیشترین کشش سطحی را دارد. ویژگی انسجام قابل توجه مولکول های آب نقش مهمی در سلول های زنده و همچنین در حرکت آب از طریق آوندهای آوند چوبی در گیاهان دارد. بسیاری از ارگانیسم‌های کوچک از کشش سطحی سود می‌برند: به آن‌ها اجازه می‌دهد روی آب شناور شوند یا روی سطح آن سر بخورند.

اهمیت بیولوژیکی آب نیز با این واقعیت مشخص می شود که یکی از متابولیت های ضروری است، یعنی در واکنش های متابولیک شرکت می کند. به عنوان مثال از آب به عنوان منبع هیدروژن در فرآیند فتوسنتز استفاده می شود و همچنین در واکنش های هیدرولیز شرکت می کند.

نقش آب برای موجودات زنده به ویژه در این واقعیت منعکس می شود که یکی از عوامل اصلی انتخاب طبیعی که بر گونه زایی تأثیر می گذارد کمبود آب است (محدود کردن توزیع برخی از گیاهان با گامت های متحرک). همه موجودات زمینی برای به دست آوردن و حفظ آب سازگار هستند. در تظاهرات شدید آنها - در خشکی ها، در حیوانات بیابانی و غیره. به نظر می رسد این نوع سازگاری یک معجزه واقعی از نبوغ طبیعت است.

عملکرد بیولوژیکی آب:

در همه موجودات:

1) حفظ ساختار (محتوای آب بالا در پروتوپلاسم) را تضمین می کند. 2) به عنوان یک حلال و واسطه برای انتشار عمل می کند. 3) در واکنش های هیدرولیز شرکت می کند. 4) به عنوان محیطی عمل می کند که در آن لقاح اتفاق می افتد.

5) پراکندگی دانه ها، گامت ها و مراحل لاروی موجودات آبزی و همچنین بذر برخی از گیاهان خشکی مانند نخل نارگیل را تضمین می کند.

در گیاهان:

1) اسمز و تورژیتی را تعیین می کند (که چیزهای زیادی به آن بستگی دارد: رشد (بزرگ شدن سلول ها)، حفظ ساختار، حرکت روزنه ها و غیره). 2) در فتوسنتز شرکت می کند. 3) انتقال یون های معدنی و مولکول های آلی را فراهم می کند. 4) جوانه زنی بذر - تورم، پارگی پوسته بذر و توسعه بیشتر را تضمین می کند.

در حیوانات:

1) حمل و نقل مواد را فراهم می کند.

2) تنظیم اسمزی را تعیین می کند.

3) خنک کننده بدن (تعریق، تنگی نفس حرارتی) را تقویت می کند.

4) به عنوان یکی از اجزای روانکاری، به عنوان مثال در مفاصل عمل می کند.

5) دارای عملکردهای حمایتی (اسکلت هیدرواستاتیک) است.

6) عملکرد محافظتی را انجام می دهد، به عنوان مثال در مایع اشک آور و مخاط.

7) مهاجرت (جریان های دریایی) را ترویج می کند.

ابوبکر رازی، دانشمند عرب، در پایان قرن نهم میلادی، تمام مواد شناخته شده در آن زمان را بسته به منشأ آنها به 3 گروه معدنی، حیوانی و گیاهی تقسیم کرد. این طبقه بندی برای تقریبا 1000 سال وجود داشت. فقط در قرن نوزدهم 3 گروه به 2 تبدیل شدند: مواد آلی و معدنی.

مواد معدنی

مواد معدنی می توانند ساده یا پیچیده باشند. مواد ساده آن دسته از موادی هستند که حاوی اتم های تنها یک عنصر شیمیایی هستند. آنها به فلزات و غیر فلزات تقسیم می شوند.

فلزات مواد پلاستیکی هستند که گرما و الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند. تقریباً همه آنها به رنگ سفید مایل به نقره ای هستند و درخشندگی فلزی مشخصی دارند. چنین خواصی نتیجه یک ساختار خاص است. در یک شبکه کریستالی فلزی، ذرات فلزی (به نام یون اتم) توسط الکترون های مشترک متحرک به هم متصل می شوند.

حتی کسانی که از شیمی دور هستند نیز می توانند نمونه هایی از فلزات را نام ببرند. اینها آهن، مس، روی، کروم و سایر مواد ساده ای هستند که توسط اتم های عناصر شیمیایی تشکیل شده اند که نمادهای آنها در D.I قرار دارد. مندلیف در زیر B - در مورب و بالای آن در زیر گروه های اصلی.

نافلزات همانطور که از نامشان پیداست خواص فلزات را ندارند. آنها شکننده هستند و به استثنای موارد نادر، جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند و نمی درخشند (به جز ید و گرافیت). خواص آنها در مقایسه با فلزات متنوع تر است.

دلیل چنین تفاوت هایی نیز در ساختار مواد نهفته است. در شبکه های کریستالی از انواع اتمی و مولکولی هیچ الکترونی آزادانه در حال حرکت نیست. در اینجا آنها به صورت جفت ترکیب می شوند و پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهند. غیر فلزات شناخته شده - اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و دیگران. عناصر - غیر فلزات در PSCE بالای مورب B-At قرار دارند

مواد معدنی پیچیده عبارتند از:

• اسیدهای متشکل از اتم های هیدروژن و باقی مانده های اسید (HNO3، H2SO4).
• بازهای تشکیل شده توسط اتم های فلز و گروه های هیدروکسی (NaOH، Ba(OH)2).
• نمک هایی که فرمول آنها با نمادهای فلزی شروع می شود و با باقی مانده های اسیدی پایان می یابد (BaSO4، NaNO3).
• اکسیدهای تشکیل شده توسط دو عنصر، یکی از آنها O در حالت اکسیداسیون -2 (BaO، Na2O) است.
• سایر ترکیبات دوتایی (هیدریدها، نیتریدها، پراکسیدها و غیره)

در مجموع چند صد هزار ماده معدنی شناخته شده است.

مواد آلی

ترکیبات آلی عمدتاً از نظر ترکیب با غیر آلی تفاوت دارند. اگر مواد معدنی را بتوان توسط هر یک از عناصر جدول تناوبی تشکیل داد، پس مواد آلی باید حتماً شامل اتم های C و H باشند. مواد خام هیدروکربنی (نفت و گاز) منافع عظیمی برای بشریت به همراه دارد. با این حال، باعث اختلاف جدی نیز می شود.

مشتقات هیدروکربن نیز حاوی اتم های O و N هستند. نمایندگان ترکیبات آلی حاوی اکسیژن، الکل ها و اترهای ایزومر آنها (C2H5OH و CH3-O-CH3)، آلدئیدها و ایزومرهای آنها - کتون ها (CH3CH2CHO و CH3COCH3)، اسیدهای کربوکسیلیک هستند. CH3-COOH و HCOOCH3). دومی نیز شامل چربی و موم است. کربوهیدرات ها نیز ترکیبات حاوی اکسیژن هستند.

چرا دانشمندان مواد گیاهی و حیوانی را در یک گروه ترکیب کردند - ترکیبات آلی و تفاوت آنها با غیر آلی چیست؟ هیچ معیار مشخصی برای جداسازی مواد آلی و معدنی وجود ندارد. اجازه دهید تعدادی از خصوصیات را در نظر بگیریم که ترکیبات آلی را متحد می کند.

1. ترکیب (ساخته شده از اتم های C، H، O، N، کمتر P و S).
2. ساختار (پیوندهای C-H و C-C مورد نیاز است، آنها زنجیره ها و چرخه هایی با طول های مختلف تشکیل می دهند).
3. خواص (تمام ترکیبات آلی قابل اشتعال هستند و در طی احتراق CO2 و H2O تشکیل می دهند).

در بین مواد آلی پلیمرهای زیادی با منشاء طبیعی (پروتئین ها، پلی ساکاریدها، لاستیک طبیعی و غیره)، مصنوعی (ویسکوز) و مصنوعی (پلاستیک، لاستیک مصنوعی، پلی استر و غیره) وجود دارد. آنها دارای وزن مولکولی بزرگ و ساختار پیچیده تری در مقایسه با مواد معدنی هستند.

در نهایت، بیش از 25 میلیون ماده آلی وجود دارد.

این فقط یک نگاه سطحی به مواد آلی و معدنی است. درباره هر یک از این گروه ها بیش از ده ها اثر علمی، مقاله و کتاب درسی نوشته شده است.

ترکیبات معدنی - ویدئو

موادی را که موجودات زنده برای زندگی خود نیاز دارند را به خاطر بسپارید. محلول های آبی چه نقشی در طبیعت و زندگی انسان دارند؟ چه نوع پیوند شیمیایی در یک مولکول آب وجود دارد؟ یون ها چیست و چگونه تشکیل می شوند؟

عناصر شیمیایی موجودات زنده

سلول های گیاهی و حیوانی حاوی بیش از 70 عنصر شیمیایی هستند. اما سلول حاوی هیچ عنصر خاصی نیست که فقط مشخصه طبیعت زنده باشد. همین عناصر در طبیعت بی جان نیز یافت می شود.

همه عناصر شیمیایی با توجه به محتوایی که در یک سلول زنده دارند به سه گروه کلان، میکروالمان ها و اولترا میکروالمان ها تقسیم می شوند.

عناصر O، C، H، N به دلیل اینکه بخشی از همه مواد آلی هستند و تا 98 درصد از جرم یک سلول زنده را تشکیل می دهند، گاهی به عنوان گروه جداگانه ای از عناصر آلی در نظر گرفته می شوند.

مواد معدنی موجودات زنده

در حین تحصیل در رشته شیمی، با گروه هایی از مواد مانند اسیدها، نمک ها، اکسیدها و غیره آشنا شدید. همه آنها در طبیعت بی جان، خارج از موجودات زنده رایج هستند. به همین دلیل به آنها مواد معدنی می گویند. اما این بدان معنا نیست که آنها اصلاً در موجودات زنده وجود ندارند. آنها وجود دارند و نقش بسیار مهمی در فرآیندهای زندگی دارند.

مواد معدنی معمولاً از محیط خارجی با غذا (در حیوانات) یا با محلول آب از طریق سطح بدن (در گیاهان، قارچ ها و باکتری ها) وارد موجودات زنده می شوند. اما در برخی موارد، موجودات زنده می توانند آنها را به تنهایی سنتز کنند. به عنوان مثال، سلول های معده در مهره داران اسید کلرید را سنتز می کنند. این به شما امکان می دهد غذا را به طور موثرتری هضم کنید، زیرا بسیاری از آنزیم های گوارشی در یک محیط اسیدی کار می کنند. بسیاری از نرم تنان درنده نیز به طور مستقل اسید سولفات را در غدد بزاقی خود تولید می کنند. این اسید می تواند پوسته ها و پوشش های بیرونی قربانیان خود را از بین ببرد.

عملکرد مواد معدنی در سلول

ترکیبات معدنی را می توان در موجودات زنده هم به صورت محلول (به شکل یون) و هم به صورت حل نشده یافت. بسیاری از نمک ها به صورت محلول وجود دارند.

ترکیبات معدنی نامحلول نیز برای موجودات زنده مهم هستند. به عنوان مثال، نمک های کلسیم و فسفر بخشی از اسکلت حیوان هستند و قدرت آن را تامین می کنند (شکل 2.1، ص 10). بدون چنین موادی، ایجاد دندان های سالم برای فرد غیرممکن است.

ساختارهای مختلفی از موجودات جانوری نیز می تواند از مواد معدنی تشکیل شود (شکل 2.2).

خواص آب

خواص آب با ویژگی های ساختاری مولکول آن و همچنین پیوند مولکول ها با یکدیگر تعیین می شود.

همانطور که می دانید، در یک مولکول آب (فرمول شیمیایی - H 2 O) یک پیوند قطبی کووالانسی بین اتم های هیدروژن و اکسیژن وجود دارد (شکل 2.3). این بدان معنی است که یک بار منفی جزئی (S -) روی اتم اکسیژن و یک بار مثبت (S +) روی اتم های هیدروژن تشکیل می شود. اتم هیدروژن با بار مثبت یک مولکول آب به اتم اکسیژن مولکول آب دیگر با بار منفی جذب می شود. این پیوند پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

پیوند هیدروژنی تقریباً 15 تا 20 برابر ضعیف تر از پیوند کووالانسی است. بنابراین، پیوند هیدروژنی نسبتاً به راحتی شکسته می شود، که مثلاً هنگام تبخیر آب اتفاق می افتد. در حالت مایع، پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب به طور مداوم در حال شکستن و شکل گیری مجدد هستند.

نقش بیولوژیکی آب

در موجودات زنده، آب وظایف بسیاری را انجام می دهد: محیط حلال، انتقال، متابولیک، تنظیم حرارت، ساختاری.

آب یک حلال جهانی است. مواد دخیل در اکثر واکنش های بیولوژیکی در محلول آبی در بدن یافت می شوند.

نقش انتقال آب برای سلول ها و به طور کلی موجودات بسیار مهم است. مواد محلول به همراه آب می توانند از قسمتی از سلول به قسمت دیگر منتقل شوند. و بین قسمت های مختلف موجودات چند سلولی به عنوان بخشی از مایعات خاص (مثلاً در خون) منتقل می شوند. تبخیر آب توسط برگ های گیاه باعث حرکت آن از ریشه به سمت بالا می شود. در همان زمان، مواد محلول در آب نیز حرکت می کنند.

مولکول های آب زمانی که در واکنش های متابولیکی (که واکنش های بیوشیمیایی نامیده می شود) شرکت می کنند، عملکرد متابولیکی را انجام می دهند. عملکرد تنظیم حرارت آب برای حفظ دمای بدن موجودات بسیار مهم است. به عنوان مثال، زمانی که فردی عرق می کند، آب تبخیر می شود و دمای بدن او کاهش می یابد.

عملکرد ساختاری آب در گیاهان و برخی از حیوانات بی مهره به وضوح قابل مشاهده است. گیاهان به دلیل افزایش فشار در سلول های پر از آب، شکل برگ ها و ساقه های علفی خود را حفظ می کنند. و در بسیاری از کرم ها، شکل بدن با افزایش فشار آب در حفره های بدن حفظ می شود.

موجودات زنده حاوی مواد آلی و غیر آلی هستند. مواد معدنی آب، نمک، اسیدها و سایر ترکیبات هستند. آنها نقش مهمی در زندگی موجودات زنده دارند. آب محیطی را ایجاد می کند که در آن واکنش های متابولیکی رخ می دهد. سایر مواد معدنی در تشکیل اسکلت، عملکرد سیستم عصبی، گوارشی و سایر سیستم های بدن نقش دارند.

دانشتان را امتحان کنید

1. چه مواد معدنی در موجودات زنده یافت می شود؟ 2. با مثال هایی ثابت کنید که خواص آب برای سلول های زنده اهمیت زیادی دارد. 3. اسیدها چه عملکردهایی می توانند در موجودات زنده انجام دهند؟ 4*. از دست دادن نمک های سدیم چه عواقبی برای بدن انسان می تواند داشته باشد؟

این مطالب کتاب درسی است

سلول واحد ساختاری اولیه موجودات زنده است. همه موجودات زنده - اعم از انسان، حیوان، گیاه، قارچ یا باکتری - یک سلول در هسته خود دارند. در بدن افراد بسیاری از این سلول ها وجود دارد - صدها هزار سلول بدن پستانداران و خزندگان را تشکیل می دهند، اما در بدن یک نفر تعداد کمی وجود دارد - بسیاری از باکتری ها فقط از یک سلول تشکیل شده اند. اما تعداد سلول ها به اندازه حضور آنها مهم نیست.

مدت هاست که مشخص شده است که سلول ها تمام ویژگی های موجودات زنده را دارند: آنها تنفس می کنند، تغذیه می کنند، تولید مثل می کنند، با شرایط جدید سازگار می شوند و حتی می میرند. و مانند همه موجودات زنده، سلول ها حاوی مواد آلی و غیر آلی هستند.

خیلی بیشتر، زیرا آن نیز آب است، و البته، بزرگترین بخش به نام "مواد غیر آلی سلول" به آب اختصاص دارد - 40-98٪ از حجم کل سلول را تشکیل می دهد.

آب در یک سلول عملکردهای مهم بسیاری را انجام می دهد: خاصیت ارتجاعی سلول، سرعت واکنش های شیمیایی در حال انجام در آن، حرکت مواد ورودی در سراسر سلول و حذف آنها را تضمین می کند. علاوه بر این، بسیاری از مواد در آب حل می شوند، می توانند در واکنش های شیمیایی شرکت کنند و این آب است که مسئول تنظیم حرارت کل بدن است، زیرا آب رسانایی گرمایی خوبی دارد.

علاوه بر آب، مواد معدنی سلول نیز شامل بسیاری از مواد معدنی است که به عناصر ماکرو و عناصر خرد تقسیم می شوند.

عناصر درشت شامل موادی مانند آهن، نیتروژن، پتاسیم، منیزیم، سدیم، گوگرد، کربن، فسفر، کلسیم و بسیاری دیگر هستند.

عناصر کمیاب بیشتر فلزات سنگین مانند بور، منگنز، برم، مس، مولیبدن، ید و روی هستند.

بدن همچنین حاوی عناصر اولترامیکرولوژیکی از جمله طلا، اورانیوم، جیوه، رادیوم، سلنیوم و غیره است.

تمام مواد معدنی سلول نقش مهم خود را ایفا می کنند. بنابراین، نیتروژن در انواع زیادی از ترکیبات - هم پروتئینی و هم غیر پروتئینی - نقش دارد و به تشکیل ویتامین ها، اسیدهای آمینه و رنگدانه ها کمک می کند.

کلسیم آنتاگونیست پتاسیم است و به عنوان چسب برای سلول های گیاهی عمل می کند.

آهن در فرآیند تنفس نقش دارد و بخشی از مولکول های هموگلوبین است.

مس مسئول تشکیل سلول های خونی، سلامت قلب و اشتهای خوب است.

بور مسئول فرآیند رشد به خصوص در گیاهان است.

پتاسیم خواص کلوئیدی سیتوپلاسم، تشکیل پروتئین ها و عملکرد طبیعی قلب را تضمین می کند.

سدیم همچنین ریتم صحیح فعالیت قلبی را تضمین می کند.

گوگرد در تشکیل برخی اسیدهای آمینه نقش دارد.

فسفر در تشکیل تعداد زیادی از ترکیبات ضروری مانند نوکلئوتیدها، برخی آنزیم ها، AMP، ATP، ADP نقش دارد.

و تنها نقش اولترامیکرو عناصر هنوز کاملاً ناشناخته است.

اما مواد معدنی سلول به تنهایی نمی توانند آن را کامل و زنده کنند. مواد آلی نیز به همان اندازه مهم هستند.

C شامل کربوهیدرات ها، لیپیدها، آنزیم ها، رنگدانه ها، ویتامین ها و هورمون ها است.

کربوهیدرات ها به مونوساکاریدها، دی ساکاریدها، پلی ساکاریدها و الیگوساکاریدها تقسیم می شوند. مونو دی و پلی ساکاریدها منبع اصلی انرژی برای سلول ها و بدن هستند، اما الیگوساکاریدهای نامحلول در آب بافت همبند را به هم می چسبانند و از سلول ها در برابر تأثیرات نامطلوب خارجی محافظت می کنند.

لیپیدها به خود چربی ها و لیپوئیدها تقسیم می شوند - مواد چربی مانندی که لایه های مولکولی جهت دار را تشکیل می دهند.

آنزیم ها کاتالیزورهایی هستند که فرآیندهای بیوشیمیایی را در بدن تسریع می کنند. علاوه بر این، آنزیم ها مقدار انرژی مصرف شده برای ایجاد واکنش پذیری مولکول را کاهش می دهند.

ویتامین ها برای تنظیم اکسیداسیون اسیدهای آمینه و کربوهیدرات ها و همچنین برای رشد و نمو کامل ضروری هستند.

هورمون ها برای تنظیم عملکرد بدن ضروری هستند.