Периодическая таблица отображает химические элементы согласно атомному номеру и их свойству

Периодичность элементов, найденная Менделеевым, основана на взаимодействии электронов разных атомов на внешнем энергетическом уровне. Эти электроны называются валентными, и их контакты являются основой химических реакций. Для большинства атомов, важных для жизни, внешний энергетический уровень может содержать не более 8 электронов. Химическое поведение элемента зависит от того, сколько из его восьми позиций заполнено.

Элементы, обладающие всеми восьмью электронами внешнего энергетического уровня (у гелия 2) являются инертными, т. е. нереактивными. К ним относятся: гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar) и другие благородные газы. Напротив, элементы с семью электронами внешнего энергетического уровня, такие как фтор (F), хлор (Cl) и бром (Br) реактивны. Как правило, они получают дополнительные электроны, необходимые для заполнения энергетического уровня.

Потребность человека в микроэлементах

Из 92 микроэлементов, встречающихся в природе, у человека обнаружен 81. Считается, что наиболее часто при тяжелых заболеваниях следует ожидать развитие нарушений со стороны цинка (Zn), меди (Cu), марганца (Mn), селена (Se), молибдена (Mo), йода (I), железа (Fe), хрома (Cr) и кобальта (Co).

поддерживают:

  • кислотно-щелочное равновесие;
  • водно-солевой баланс;
  • осмотическое давление в клетке;
  • рН крови (норма 7,36-7,42);
  • работу ферментных систем.

участвуют в процессах:

  • нервно-мышечной передачи импульсов;
  • сокращения мышц;
  • свертывания крови;
  • обмена кислорода.

Самые важные для человека химические элементы

входят в состав:

  • костей и зубов;
  • гемоглобина;
  • тироксина;
  • соков пищеварительной системы.

взаимодействуют с:

  • витаминами;
  • гормонами;
  • ферментами.

Доказано, что содержание микроэлементов в организме изменяется в зависимости от времени года и возраста. Наибольшая потребность в макро и микроэлементах выражена в период роста, во время беременности и кормления грудью. В пожилом возрасте она резко снижается.

В частности, с возрастом повышается концентрация в тканях алюминия, титана, кадмия, никеля, цинка, свинца, а концентрация меди, марганца, молибдена, хрома снижается. В крови увеличивается содержание кобальта, никеля, меди и уменьшается содержание цинка. Во время беременности и в период лактации в крови становится в 2—3 раза больше меди, марганца, титана и алюминия.

Группа населения Физиологическая потребность, мг
0-3 месяца 3
4-6 месяцев 3
7-12 месяцев 4
1-3 года 5
4-6 лет 8
6 лет (школьники) 10
7-10 лет 10
11-13 лет (мальчики/девочки) 15/12
14-17 лет (юноши/девушки) 15/12
Взрослое население (мужчины и женщины) 15
Лица престарелого и старческого возраста 15
Беременные женщины 5 (дополнительно)
Кормящие матери 10 (дополнительно)

Натрий

участвует в водно-солевом обмене. Он поддерживает нормальный осмотический баланс в клетке. При избытке калия в организме, способствует его выведению. С ним же принимает участие в осуществлении сокращения мышцы сердца. Контролирует артериальное давление – при большом поступлении ионов натрия в кровяное русло происходит переход молекул воды из клеток в сосуды.

способствует выведению воды из организма, передаче нервно-мышечного импульса и сокращению мышц, поддерживает в норме осмотическое давление в клетке, (в частности, сердечной), принимает участие в обмене глюкозы. При его дефиците возникает сильная жажда, артериальная гипертензия, гипергликемия, отеки конечностей, нарушается сердечный ритм, появляются мышечные боли.

Кальций

входит в состав костей и зубов. Способствует их росту и прочности. Участвует в процессе мышечного сокращения, свёртывания крови. Обладает противоаллергенным действием. Он выводит из организма ионы тяжелых металлов и радионуклеотиды. Его дефицит приводит к остеопорозу, судорогам в мышцах, болям суставов и костей, нарушению сердечного ритма, бессоннице, кровотечениям.

«Интересный факт»

волосы реагируют на нехватку микроэлементов быстрее всего, именно анализ состояния волос покажет самое точное количество и качество имеющихся в организме человека микроэлементов.

Железо

участвует в построении гемоглобина и насыщении клеток кислородом, входит в состав многих ферментов и катализаторов. Особенностью его является то, что он плохо усваивается организмом – для поступления суточной нормы железа (10 мг) с пищей необходимо употребить около 20 мг этого минерала. Его дефицит вызывает ломкость ногтей, выпадение волос, бледность, анемию (повышенная утомляемость, слабость, вялость, головокружения).

Предлагаем ознакомиться  Питательный крем для чувствительной кожи лица

входит в состав гормонов щитовидной железы, благодаря которым в организме происходят процессы обмена веществ. При его дефиците развивается гипотиреоз, основными признаками которого становятся снижение концентрации внимания и работоспособности, замедление умственных процессов, гипотензия, повышение массы тела, нарушение работы сердца, ногти и волосы становятся ломкими и сухими.

Магний

способствует усвоению других микроэлементов и витаминов, способствует снижению артериального давления, повышает стрессоустойчивость (особенно, у женщин в период климакса). Его дефицит ведет к снижению аппетита, раздражительности, беспокойству, повышению артериального давления, нарушению сердечного ритма.

входит в состав важных катализаторов, участвует в обменных процессах и кроветворении. Она даёт пигмент волосам и эластичность кожи. При её недостатке возникает седина, кожа теряет эластичность и упругость, появляются морщины, сыпь и круги под глазами, развивается анемия и снижение иммунитета.

является мощным антиоксидантом. Также он участвует в процессах кроветворения, предотвращает развитие онкологических и инфекционных заболеваний за счёт стимулирования образования антител, является компонентом секрета яичек у мужчин, способствует выведению из организма радионуклеотидов. При дефиците этого микроэлемента возникают рак, частые простуды, кардиомиопатии, экзема, псориаз, катаракта.

входит в состав костей, зубной эмали, подавляет активность бактерий на зубах и защищает их от кариеса, укрепляет иммунитет, способствует росту ногтей и волос, выводит из организма радионуклеотидов, участвует в процессах кроветворения. При его дефиците развивается остеопороз, кариес и пародонтоз. Также опасен и избыток фтора в организме. Он приводит к деформации костей и флюорозу (коричневые пятна на зубах), поражению ЦНС, появляются признаки пищевого отравления.

нормализует уровень глюкозы и холестерина в крови, препятствует развитию атеросклероза сердечно-сосудистых заболеваний. Его недостаток провоцирует гипогликемию и гиперхолестеринемию, вызывает непереносимость спиртных напитков.

Фосфор

входит в состав костного скелета, участвует в регенерации, либидо. Его дефицит приводит к деминерализации костей.

участвует во многих обменных процессах, оказывает влияние на иммунитет, половую жизнь мужчин и женщин. Его дефицит приводит к бесплодию, патологиям кожи, нарушению вкуса и обоняния, снижает сексуальную активность, нарушает рост и структуру волос и ногтей, в редких случаях способствует развитию рака.

Марганец

участвует в липидном и углеводном обмене, оказывает влияние на работу ферментов. Он профилактирует сахарный диабет, заболевания щитовидной железы и коронарных сосудов. При его недостатке возникают нарушения сердечного ритма и усвоения глюкозы, снижается вес, тонус и сила связочного аппарата (из-за этого повышается травматизм).

участвует в поддержании осмотического давления жидкостей организма и рН клеток, входит в состав желудочного сока, расщепляет жиры, стимулирует аппетит, удерживает в организме воду, стимулирует выведение токсинов. Его дефицита проявляется вялостью, сонливостью, снижением памяти, жаждой, выпадением волос и зубов.

Химические элементы в составе живых организмов

Отгадайте,  о составе какого объекта идёт речь?

  • 43 кг кислорода,
  • 18 кг углерода,
  • 7 кг водорода,
  • 1,8 кг азота,
  • 0,780 кг фосфора,
  • 0,0042 кг железа
  • и ещё около 20 химических элементов.

Это состав человека среднего размера и веса. В отличие от неживой природы в живых существах химические элементы организованы в клетки.

Химический состав земной коры и живой природы фото
Химический состав:
1 — земной коры,
2 — живых организмов

В земной коре преобладают кислород, кремний, алюминий и железо. В основе живых организмов находятся 4 элемента: кислород, углерод, водород, азот. Все элементы кроме кислорода, преобладающие в живых организмах, составляют незначительную долю массы земной коры.

Самые важные для человека химические элементы

Основные химические элементы в живых организмах — это:

  • углерод – C,
  • водород – H,
  • кислород – O,
  • азот – N,
  • фосфор – P,
  • сера – S,
  • натрий – Na,
  • калий – K,
  • кальций – Ca,
  • магний – Mg,
  • железо – Fe,
  • хлор – Cl.

Их доля в живых организмах может составлять 0,01% и выше. Все они имеют атомные номера меньше 21, так как их атомная масса низка. Первые 4 элемента: углерод, водород, кислород и азот составляют 96,3% массы любого организма.

Предлагаем ознакомиться  Наросты на локтях у человека лечение
Таб. 1. Химические элементы в живых организмах
Органогенные (биоэлементы), или макронутриенты Макроэлементы Микроэлементы

(от 0,001 % до 0,000001 % массы тела)

Ультрамикроэлементы (менее 0,000001 %)
Кислород — 65 %;

Углерод — 18 %;

Водород — 10 %;

Азот — 3 %.

Кальций (Са) – 0,04-2,00

Фосфор (Р) – 0,2-1,0

Калий (К) – 0,15-0,4

Сера (S) – 0,15-0,2

Хлор (Cl) – 0,05-0,1

Натрий (Na) – 0,02-0,Ц03

Магний (Mg) – 0,02-0,03

Железо (Fe) – 0,01

Кремний (Ci) – 0,001(для растений – микроэлемент)

Цинк (Zn) – 0,0003

Медь (Cu) – 0,0002

Фтор (F) – 0,0001

Йод (I) – 0,0001

Марганец (Mn) – менее 0,0001

Кобальт (Co) – менее 0,0001

Молибден (Мо) – менее 0,0001

Золото

Серебро

Ртуть

Селен

Мышьяк

Платина

Цезий

Бериллий

Радий

Уран

Большинство молекул (кроме воды), из которых состоит наше тело, представляют собой соединения углерода, называемые органическими веществами. Органические вещества в основном и состоят из этих первых четырёх макроэлементов, чем и объясняется их распространённость в живых системах.

Некоторые микроэлементы, такие как цинк (Zn) и йод (I), хотя и присутствуют в крошечных количествах, играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Дефицит йода, например, может привести к увеличению щитовидной железы, образованию так называемого зоба.

Таб.2. Роль химических элементов в клетке

Название химического элемента Описание роли элемента в клетке
1 Кислород (О) Входит в состав органических молекул и воды, обеспечивает реакцию окисления, в процессе которой выделяется нужная организму энергия
2 Углерод (С) Составляет основу всех органических соединений
3 Водород (Н) Является составной частью всех органических веществ и молекул воды
4 Азот (N) Входит в молекулы белков, нуклеиновых кислот, АТФ
5 Кальций (Са) Является составной частью клеточной стенки растений. У животных входит в состав костной ткани, эмали зубов, участвует в свёртывании крови и сокращении мышц
6 Фосфор (Р) Нужен для формирования зубной эмали и костной ткани. Входит в состав органических молекул, таких как ДНК, РНК, АТФ
7 Калий (К) В качестве катиона участвует в создании биоэлектрического потенциала, регулируя работу клеточной мембраны. Влияет на работу сердца, участвует в процессе фотосинтеза
8 Сера (S) Есть в составе некоторых белков и аминокислот
9 Хлор (Cl) Является основным анионом организма животных. Находится в составе соляной кислоты желудка
10 Натрий (Na) В качестве иона (катиона) участвует в создании биоэлектрического потенциала мембран клеток, в синтезе гормонов и регуляции сердечного ритма
11 Магний (Mg) Входит в состав зубной эмали, костной ткани, некоторых ферментов и хлорофилла
12 Железо (Fe) Необходимый компонент гемоглобина и миоглобина, входит в состав некоторых ферментов, участвует в процессах фотосинтеза и клеточного дыхания
13 Кремний (Si) Компонент клеточной оболочки растений. Принимает участие в образовании коллагена, костной ткани
14 Цинк (Zn) Участвует в синтезе гормонов у растений, находится в составе инсулина и некоторых ферментов
15 Медь (Cu) Принимает участие в процессах синтеза гемоглобина, фотосинтеза, клеточного дыхания. Входит в состав дыхательных пигментов крови (гемоцианинов) и гемолимфы некоторых беспозвоночных
16 Фтор (F) Необходим для формирования костной ткани и зубной эмали
17 Йод (I) Необходимый компонент гормонов щитовидной железы
18 Марганец (Mn) Делает более активными некоторые ферменты, входит в их состав, принимает участие в формировании костной ткани и в процессе фотосинтеза
19 Кобальт (Со) Принимает участие в процессе образования клеток крови, находится в составе витамина B12
20 Молибден (Mo) Помогает клубеньковым бактериям связывать атмосферный азот

Таб. 3. Основные ионы в клетках

Название
Описаниеобъекта Изображение Роль в клетке
1 Катионы Положительно заряженные ионы.
2 Катионы калия и натрия К

Na

Основные катионы в организме животных. Они создают электрический потенциал клеточной мембраны, регулируют ритм сердечной деятельности.
3 Катионы кальция Ca2 Принимает участие в свёртывании крови, отвечает за сократимость мышц, входит в состав клеточной стенки растений.
4 Катион магния Mg2 Нужен растениям для осуществления фотосинтеза, так как он входит в состав хлорофилла. Является компонентом некоторых ферментов, есть в костной ткани и эмали зубов.
5 Катионы водорода Н Отвечают за кислотность и основность внутренней среды организма (pH).
6 Анионы   Отрицательно заряженные ионы
7 Анионы хлора Сl Хлор – основной анион клетки животных, принимает участие в создании электрического потенциала клеточной мембраны. Присутствует в составе соляной кислоты желудочного сока.
8 ОН   Выполняет ту же роль что и катион водорода
Предлагаем ознакомиться  Для чего нужна гиалуроновая кислота для кожи лица

Группа атомов, удерживаемых энергией в устойчивой ассоциации, называется молекулой или кристаллом. При изучении веществ в живых организмах нам будут встречаться следующие типы химических связей:

  • ионные – когда притягиваются атомы с противоположными зарядами;
  • ковалентные – характеризующиеся обобщением (перекрытием) в облако пары валентных электронов от разных атомов;
  • водородные – связи между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом.

В обычной поваренной соли – хлориде натрия (NaCl) – атомы удерживаются ионными связями, образуя решётку. Натрий имеет 11 электронов: 2 во внутреннем энергетическом уровне (К), 8 на уровне L и 1 на внешнем уровне М (валентность). Одиночный неспаренный валентный электрон имеет тенденцию к соединению с другим непарным электроном в другом атоме.

Стабильная конфигурация достигается за счёт потери электрона одним атомом и приобретения его другим. Натрий, теряя электрон, становится положительно заряженным ионом – катионом (Na ).

Кристаллы минеральных солей в клетках микрофотография
Минеральные соли в клетке накапливаются в виде кристаллов.

У атома хлора 17 электронов: 2 в уровне К, 8 в уровне L и 7 на М-уровне. Одна из орбиталей на внешнем энергетическом уровне содержит неспаренный электрон. Добавление электрона от другого атома превращает атом хлора в отрицательно заряженный хлорид-ион (Cl-). Так как противоположные заряды притягиваются, натрий и хлор остаются связанными нейтральным ионным соединением.

Химические реакции взаимосвязаны и обратимы

6H2O 6CO2 → C6H12O6 6O2, где 6H2O 6CO2 – реагент, а C6H12O6 6O2– продукт. Это упрощённая формула реакции фотосинтеза, где вода и углекислый газ, вступая в реакцию, образуют молекулы глюкозы и кислорода.

Все химические реакции происходят под влиянием трёх факторов.

  1. Температура. Нагрев реагентов увеличивает скорость реакции, потому что атомы при этом двигаются быстрее и сталкиваются друг с другом чаще. Но необходимо позаботиться о том, чтобы температура не поднялась слишком высоко и не разрушила молекулы.
  2. Концентрация реагентов и продуктов. Реакции проходят быстрее, когда из-за более частых столкновений доступно больше реагентов. Накопление продуктов замедляет реакцию, а в обратимой реакции может привести к возвращению к исходным веществам.
  3. Катализаторы. Катализатор – это вещество, которое увеличивает скорость реакции. Он не изменяет соотношения между реагентом и продуктом, а сокращает время их изменения. В живых системах почти во всех реакциях катализаторами служат белки энзимы (ферменты).

Полезные и вредные пищевые добавки и их влияние на организм — таблица Е

C6H12O6 6O2→ 6H2O 6CO2                     

Эта упрощённый вариант окисления глюкозы, протекающего во время клеточного дыхания, когда глюкоза расщепляется на воду и углекислый газ в присутствии кислорода. Почти все живые организмы осуществляют разные формы окисления глюкозы.

Организмы – накопители химических элементов

Организмы, способные накапливать в своём теле один или несколько химических элементов называют концентраторами. Если элемент составляет 10% от веса их тела или от атомной массы, тогда они относятся к данной группе.

Организмы-концентраторы Химические элементы, которые они накапливают
Подсолнечник,

картофель

Калий (К)
Бобовые,

фораминиферы,

моллюски,

кораллы

Кальций (Са)
Злаки,

хвощи,

радиолярии,

губки,

диатомовые водоросли

Кремний (Si)
Плауны,

чай

Алюминий (Al)
Растения засолённых почв (галофиты) Натрий (Na)

хлор (Cl)

Мхи,

железобактерии

Железо (Fe)
Водоросли Йод (I)
Пауки,

раки

Медь (Сu)
Серобактерии Сера (S)
Морепродукты кальций (Ca)

калий (K)

натрий (Na)

магний (Mg)

медь (Сu)

Наземные растения Марганец (Mn)
Наземные животные Фосфор (P)

азот (N)