Еколошки аспекти на наставата по хемија на училиште
Вовед
Во нашите тешки времиња. Кога хемијата како наука стана општествен отпадник. Мора да ја преиспитаме и содржината на предметот и методите на неговото предавање, менувајќи ги не само акцентот, туку и приоритетите за да се надмине хемофобијата.
Главните прашања на курсот треба да се утврдат и од важноста на стекнувањето знаење за развојот на интелигенцијата на студентите и од релевантноста на ова знаење во реалниот живот на една личност и во неговите практични активности. Од оваа гледна точка, напредокот во хемиското образование е неопходен, бидејќи без него е невозможно да се задоволат објективните потреби на општеството за широка употреба на достигнувањата на хемиската наука и индустрија.
Концептот на современото училишно хемиско образование се заснова на принципите на хуманизација, индивидуализација и диференцијација на образованието, многу внимание се посветува на еколошките аспекти, развојот на општата култура, зајакнувањето на здравјето на учениците и зголемувањето на нивната еколошка писменост.
Актуелни теми.
Хемијата, како едно од основните области на знаење, во голема мера го одредува развојот на другите важни области на науката и технологијата. Познато е дека без хемија, хемиски процеси и хемиски производи, не може да постои ниту едно производство, ниту една гранка на современата економија и социјалната сфера.
Неопходно е да се осигура дека студентите го разбираат практичното значење на хемијата и нејзината поврзаност со секојдневниот живот. Мора да се уверат во можноста преку хемијата да најдат одговори на други „зошто“ од сферата на нивниот живот и индустриски интереси. Особено е важно да се реши прашањето за основната „хемиска“ подготвеност на луѓето, бидејќи денес речиси секој од нас доаѓа во контакт со супстанции кои можат да предизвикаат штета на луѓето. Сепак, не многу од потрошувачите кои користат дроги, козметика и парфеми, бои, пластика, ѓубрива, влакна, разни видови горива итн. се свесни за опасностите поврзани со употребата. Оваа контрадикторност предизвикува многу неволји што ги снашле луѓето. За жал, во повеќето училишта, активната едукативна работа со учениците поврзана со карактеризирањето на основните својства на хемиските соединенија вообичаени во секојдневниот живот и во производството, особено во однос на нивното влијание врз животната средина, се изведува крајно слабо и нередовно. Во основа, студентите добиваат само општи теоретски идеи кои не се прилагодени на реалноста на животот и особено на прашањата за животната средина.
Негативниот однос кон хемијата доведува до неможност да се прилагодат на цивилизираниот, модерен живот, еколошката неписменост, чија последица не само што ќе биде неповолна во образованието на учениците, туку и подготовката на еколошки темпирани бомби. Ова само ќе го продлабочи конфликтот меѓу човекот и природата.
Во последниве години се започна со работа поврзана со хемиско-еколошката едукација во голем број научни и образовни центри во различни земји, но често тие беа од декларативен карактер.
Мојата задача ја гледам како да влевам кај учениците желба за стекнување знаење; погрижете се самиот процес на учење да ги плени; придонесе за развој на когнитивната активност и интересот за предметот. За таа цел, вклучувам разгледување на еколошки и валеолошки прашања во наставната програма по хемија. Оваа програма е насочена кон развивање на природните научни идеи кај учениците за светот околу нив и неговите закони, хуманистичките односи и еколошки писменото однесување и интелектуалното морално подобрување на учениците. Содржината на програмата ги подготвува децата за свесна перцепција на хемиската слика на светот и нуди имплементација на интегриран принцип, т.е. бара од учениците да применуваат знаења и вештини од различни предмети од природниот циклус. Релевантноста на работата се должи на збир на проблеми кои се состојат во надминување на добро познатата апстрактност на предметот хемија, пристрасност во неговата проценка и односот на хемиските концепти со еколошките аспекти на реалниот човечки живот.
Цели и цели на работата:
Разгледување на основните принципи на позеленување хемиско образование;
Анализа на форми и методи (техники) на формирање на еколошка култура во наставата по хемија;
Карактеристики на улогата на човекот во процесот на спознавање, трансформација и користење на природата.
Практичното значење на работата лежи во фактот што содржи методолошки студии за коментари за животната средина на главните одредби од курсот по хемија, што овозможува да се совладаат законите на хемијата користејќи специфични еколошки примери; разгледување на методи за развивање свесен однос кон природата, еколошки писмено однесување во неповолни услови на животната средина.
Резултатите од спроведувањето на работата во Лицеј бр. 4 ја покажаа неговата ефективност и практична вредност, зголемувајќи го интересот на учениците за предмети од природниот и еколошкиот циклус; овозможи да се преиспитаат различните пристапи за разгледување на употребата на достигнувањата во хемијата во практичните човечки активности, за значењето на применетата природа на хемиското знаење.
Одобрување на работа. Главните резултати од работата беа пријавени и дискутирани на педагошките совети на Лицеј бр. На семинарот за директори на училишта во областа Коминтерновски, беше одржана лекција за „Топлински мотори и заштита на животната средина“ заедно со наставник по физика, врз основа на физичките, хемиските и еколошките аспекти на проблемот. Врз основа на материјалите од делото, беа објавени написи во збирката „Образование на Воронеж на крајот на векот. Образовно поле „Природно-наука“. Хемија „На работ од два милениума, на преминот од два века“.
ПОГЛАВЈЕ 1
Состојбата на проблемот со зазеленување на наставата по хемија во
науката и практиката.
1.1. Потребата од воведување на еколошкото образование во средните училишта и неговите основни принципи.
Меѓу современите проблеми со кои се соочува светската заедница, особено се издвојува еден - проблемот на влошување на квалитетот на човековата околина. Тој е глобален по природа и ги загрижува луѓето од сите земји. Првата земја што го почувствува негативното влијание на хемиското загадување на природната средина беше Јапонија. Во оваа земја над 80% од територијата е директно под влијание на индустриското производство. Јапонците први зборуваа за проблемот со „когаи“, што значи опасност од штета од загадување на животната средина. Наскоро и други земји се соочија со овој проблем. Зголемувањето на загадувањето на животната средина е видливо и предизвикува емоционална критика кај луѓето. Обично главните поплаки на населението се упатени до хемијата. Во меѓувреме, во однос на загадувањето, хемиската индустрија е значително инфериорна во однос на комплексот гориво и енергија, моторниот транспорт, црната и обоената металургија, па дури и индустријата. Во последниве години, најнеповолна ситуација е загадувањето на атмосферата на градот Воронеж со бензопирен содржан во издувните гасови и прашината на автомобилите, чиј процент во нестандардни лабораториски анализи дневно е 15-20%. Еколошкото и геохемиското истражување на почвената покривка покажа дека состојбата во однос на контаминацијата на почвата со олово и цинк е многу неповолна. Учеството на незадоволителни анализи на примероци од почва во градот во целина е 19,3 и 15,5%, соодветно, а во индустрискиот десен брег на градот оваа вредност се зголемува на 40-46%. Во меѓувреме, овие состојки се специфични показатели за зголемување на болеста кај децата. Меѓу детските болести во Воронеж, преовладуваат респираторните заболувања (65%), чие ниво го надминува сличниот руски просек за 1,2 пати за градот како целина. За спречување на зголемена контрола, исто така, потребни се неоплазми и вродени аномалии, чиишто просторни разлики во нивоата сигурно корелираат со интензитетот на загадувањето на животната средина.
Воспоставени се врски помеѓу концентрациите на формалдехид во атмосферата и болеста бронхијална астма, како и високите нивоа на прашина во атмосферата со болести на крвта. Пневмонијата почесто се забележува во области со високо ниво на олово и јаглерод моноксид. Како што се зголемува интензитетот на загаденоста на воздухот, децата доживуваат изразени промени во хематолошките параметри и соодветно зголемување на морбидитетот.
Во сегашните услови, неопходно е да се спроведе објективна анализа на причините за проширување на загадувањето на животната средина и зголемување на катастрофите поврзани со неконтролирано ширење на хемиски соединенија од техничко или биолошко потекло. Тешко е да се спроведе таква анализа, но може да се идентификуваат два главни аспекти на целокупниот проблем. Првиот аспект се однесува на полињата на политиката и социологијата и се однесува на противречностите во економскиот развој.
Вториот аспект е поврзан со подготвеноста на самата личност да ги користи достигнувањата на природните науки во производната и домашната сфера.
Лесниот, чисто технократски однос кон природата и целосното непознавање на животната средина доведоа до голем број катастрофи со неповратни последици. Фактите за монструозното загадување се многу елоквентни и се жестоко осудени од населението. Сепак, рецидивите што се случија ретко се анализираа и обично беа оценувани само од емоционална гледна точка. Така настанала хемофобијата. Во меѓувреме, строгиот приказ на околностите покажува дека еколошките дефекти што се случуваат обично не се одредуваат од особеностите на хемијата, туку само од ниските квалификации и не секогаш правилниот морал на работниците.
Основната причина за сите забележани неволји, освен грешките во планирањето и изградбата, се долгогодишните пропусти во наставата по хемија во гимназијата и, како последица на тоа, недостигот на хемиско знаење кај населението. Се појавува впечатлива контрадикција; Сите луѓе систематски се справуваат со хемикалии и процеси, но само неколку можат да ги поправат своите постапки со разбирање. Сепак, треба да се забележи дека на часовите по хемија може јасно и убедливо да се демонстрираат и негативните аспекти на човечката интервенција во природната средина и можните начини за оптимизирање на антропогените влијанија врз неа.
Потребна е макотрпна работа за да се промени човечката свест во однос на управувањето со животната средина и образованието, всадувајќи еколошка култура.
Стратегијата за управување со животната средина, заснована на идејата за моќта на човекот и неговиот раст над природата во ерата на научната и технолошката револуција, која долго време изгледаше непоколеблива, всушност се покажа како само стратегија на „Идеологија на јаболкницата на нашиот однос кон природата“, која вклучува многу работа за обнова на свеста на луѓето, нејзино раззеленување. Свесноста за ваквата состојба придонесе за формулирање на сериозни задачи, како на практичното поле, така и на полето на фундаменталните научни истражувања. Претставници на различни науки, не само природни науки, туку и хуманитарни науки, почнаа да ги проучуваат еколошките проблеми. Ова се должи на фактот дека, заедно со потребата да се развие нова стратегија за управување со животната средина и да се создадат фундаментално нови индустриски технологии, стана неопходна задачата за еколошко преструктуирање на свеста на луѓето и широка пропаганда на знаење за животната средина.
Главната работа е спроведувањето на донесените одлуки, што на крајот зависи од нас самите, нашето знаење, верувања и волја. Тука ни треба фундаментално ново еколошко размислување, надминување на психологијата на потрошувачите во однос на природата. Општеството мора да ги знае основните закони на развојот на природата, да најде начини за решавање на проблемите, да научи да донесува одлуки во ситуации на морален избор и прогноза, односно да помине низ целиот синџир од знаење за животната средина до размислување за животната средина и еколошки оправдано однесување.
Формирањето на висока еколошка култура е можно под услов содржината на училишното образование да ги вклучува следните елементи: систем на знаење за интеракцијата на општеството и природата; вреднуваат еколошки ориентации; систем на норми и правила за врска со природата, способност и вештини за проучување и заштита на истата.
Еколошкото образование и воспитување е една од главните задачи на училиштето.
1.2. Содржини на еколошкото образование на часовите по хемија.
Еколошкото образование и еколошкото образование се два главни акценти поврзани со формирањето на ставови кон природата. Со еколошкото образование, вниманието на наставникот е насочено кон процесот на пренесување и асимилација од страна на учениците со акумулирано искуство во односите со животната средина, а со еколошкото образование - на формирање соодветни квалитети на личноста. Крајната цел на еколошкото образование и воспитување е иста - формирање на оптимални односи меѓу човекот и неговата околина. Спроведена во рамките на единствен педагошки процес. Во суштина, крајната цел е многу подлабока. Се состои во обезбедување услови за интелектуален, личен и социјален развој на учениците, всадувајќи во нив чувство на лична одговорност за состојбата на животната средина, желба за длабоко разбирање на суштината и недоследноста на тековните промени во еколошкиот развој на нашата планета
Системот на знаење за животната средина треба да обезбеди пресвртница во свеста на луѓето, нивниот светоглед и ставовите кон природните ресурси. Екологијата стана знак на модерната фаза на развој на универзалната човечка култура. Затоа, целта на еколошкото образование е формирање на еколошка култура. Концептот на еколошка култура вклучува знаења и вештини, ниво на морален и естетски развој на светогледот, методи и форми на комуникација меѓу луѓето
Содржината на еколошкото образование е толку богата и разновидна што не може да се развива во рамките на еден или повеќе предмети. Затоа, наставниците зборуваат за интердисциплинарната природа на еколошкото образование, за широките можности на речиси сите академски предмети и за посебната важност на секој во формирањето на еколошката култура кај учениците. Пример за тоа е имплементацијата на еколошките знаења во основното училиште, не само во предметот „Природна историја“, туку и во новите наставни програми на училишните дисциплини. Курсевите што се развиваат се насочени кон вклучување на сите студенти во процесот на сеопфатно познавање на светот и зголемување на општото ниво на нивното знаење. Приоритет во новите програми имаат оние предмети кои се позначајни во моментов и остануваат релевантни во следните децении.
Интердисциплинарниот пристап бара определување на функцијата на секој предмет во општиот систем на еколошко образование, истакнување на интердисциплинарните врски, генерализирање на интердисциплинарни пристапи кои го формираат интегритетот на сите академски дисциплини обединети со целта за разбирање на околниот свет. Содржината на академските дисциплини бара интердисциплинарна координација и чекор-по-чекор интеграција на релевантните знаења.
Еколошкото образование е нераскинливо поврзано со знаењето за дијалектичката природа на интеракцијата на елементите во системот „човек-општество-природа“. Одразот на ова тројство го сочинува јадрото, кое во содржината на општото образование овозможува, на ниво на меѓуциклусни врски, да се открие светот на природата и светот на луѓето како една единствена целина.
Моделот на еколошко образование вклучува не само содржинска структура, туку и основни услови за постигнување на целта.
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">Фактори во еколошкото образование кои го одредуваат одговорниот однос на учениците кон природната средина.
На помладата генерација треба да и се објасни дека моменталната состојба на животната средина претставува иста опасност за човештвото како нуклеарната војна. Единствената разлика е во тоа што еколошките проблеми се поподмолни... Опасна заблуда е утехата на надежта дека човештвото ќе може да престане да го уништува светот околу нас кога ќе дојде блиску до еколошко уништување. Ќе биде доцна! Ова е целата подмолност на проблемот.
Паметното, суптилно еколошко образование и образованието на новите генерации е силата што сè уште може да ги замрзне и да ги врати стрелките на тактот на чудовишниот механизам што се заканува со уништување на нашата планета. .
Познавањето на суштината на светот околу нас делува како интегрирачка алка во предметите од природниот циклус, а важна улога во зазеленувањето на образованието има наставата по хемија.
Заедно со совладувањето на основите на основната наука, вклучувајќи го и нејзиниот јазик, најважните факти, концепти, теории и закони, достапните генерализации на идеолошката природа на наставата по хемија треба да придонесат за: развој и интелектуално усовршување на поединецот; формирање кај учениците на еколошки соодветно однесување, разумен однос кон себе, луѓето и природната средина; развивање на разбирање за социјалната потреба за развој на хемијата, развивање на ставовите на учениците кон хемијата како можна област на идна практична активност.
Изборот на еколошки материјал за вклучување во наставните програми по хемија треба да се изврши земајќи ги предвид основните принципи на дидактиката. Главни критериуми се научниот карактер, пристапноста за изучување, логичката поврзаност со содржината на академскиот предмет, што овозможува педагошки издржан избор на прашања од хемиските аспекти на екологијата, развој на содржина и методи за нивно изучување на часовите по хемија.
Какво место зазема хемиското образование во севкупниот систем на еколошко образование?
Традиционално, главната цел на наставата по хемија е ученикот да се воведе во светот на супстанциите (и природни и вештачки), да се постават темелите за разбирање на причините за нејзината различност, да се формира не само општо разбирање за методите на добивање и областите на примена на супстанции, но и практичните вештини се справуваат со нив. Недоволните информации за биолошката улога на супстанциите, нивните штетни ефекти врз човечкото тело и животната средина покрена уште еден образовен предизвик во
настава по хемија - врз основа на Основно хемиско знаење да се формира систематско знаење за хемиските аспекти на екологијата и еколошките проблеми. Овој систем вклучува знаење за супстанциите на живата природа, за интеракциите поврзани со манифестацијата на животот во растителниот и животинскиот свет, за хемиските односи на организмите едни со други и околината, за интеракцијата на антропогените фактори и врз личноста. себе и на сите живи суштества
Системот на еколошки и хемиско-еколошки концепти во хемиското образование опфаќа прашања за циклусот на супстанции во природата, промените и трансформациите на енергијата во биосферата, разгледувањето на функцијата на материјата што формира животна средина, а оттука и глобалните проблеми, интегративните својства на екосистемите , како што е присуството на хранливи материи и нивната хемиска трансформација; само-заздравување на екосистемите, антропогени промени во екосистемите; имплементација на обрасци на интеракција на органите со животната средина во практичната човечка активност, во заштитата на животната средина; закони за зачувување на материјата и енергијата, единството на материјалниот свет; противречности во интеракцијата на општеството и природата, развојот на општеството на сметка на природните ресурси.
Екологијата и хемијата се надополнуваат една со друга. Воведувањето на принципите на термодинамиката во екологијата доведе до производство-енергетска екологија, која ги проучува моделите на дисипација на протокот на енергија во синџирите на исхрана. Погледот на различноста на односите со животната средина низ призмата на неорганската хемија открива широк спектар на феномени предизвикани од влијанието на човекот врз биосферата и неживата природа. Важна компонента на притоките процеси на планетата се глобалните кружни и трансформации кои се подложени на основни елементи како јаглерод, азот, водород, сулфур и фосфор... Многу неоргански соединенија можат и веќе влијаат
за климата на планетата и состојбата на нејзината атмосфера, за квалитетот на природната средина во која живеат луѓето и, следствено, на здравјето на луѓето
Во рамките на неорганската хемија, од интерес е да се обрне внимание не само на антропогените деформации на природните циклуси на хемиски супстанции и употребата на квалитетот на животната средина, туку и на барањето решенија за социо-еколошките проблеми: енергија, суровини, итн. На пример, изгледите за водородната енергија; улогата на кислородот и озонот во обезбедувањето живот на Земјата; метали во биосферата и човечкото тело итн.
Процесите поврзани со областа на органската хемија играат огромна улога во односите со животната средина. Органските соединенија ја формираат основата на тој дел од биосферата, кој беше наречен „Жива материја“. Животот на луѓето како биолошки индивидуи се определува со сложени трансформации на органски материи во човечкото тело и метаболизам со околината. Конечно, самиот опстанок на човештвото денес е невозможен без широката употреба на органски нешта во секојдневниот живот, во медицината, индустријата, земјоделството итн.
Разбирањето на улогата на органските супстанции во постоењето и развојот на сложениот социобиосферен комплекс на Земјата како целина и неговите главни делови е важен аспект од хемиското читање на модерната економија.
Еколошките достигнувања служат како основа за решавање на голем број итни проблеми на нашето време. Конкретно, со податоци добиени од екологијата
Логиката на здрав начин на живот: давање приоритет на духовните потреби пред материјалните, грижа за одржување на физичкото здравје. Таквата личност во иднина ќе може во своите професионални активности да се води според принципите на еколошките и моралните императиви (15, стр. 3).
Да се осврнеме на проблемот со организирање на наставата по хемија во средно училиште. На патот на трансформирање на предметната настава и создавање систем на еколошко образование за учениците од училиштата, наставникот наидува на одредени потешкотии. Прво, хемофобијата се појави во општеството, предизвикувајќи децата првично да ја презираат темата. Второ, апстрактноста на самата тема.
Главната работа е да го промените (зелено) вашиот сопствен светоглед, да ја реализирате вашата одговорност (човечка и професионална) за подготовка на еколошки образована помлада генерација. Потребно е систематско информирање за достигнувањата на хемијата во заштитата на животната средина.
1.3. Преглед на литературни извори за еколошко образование.
Предметот по хемија што се изучува во современото средно училиште не ги решава целосно проблемите на еколошкото образование и воспитување. Еколошките прашања се наведени декларативно, не се проучуваат длабински и само се наведени. Меѓутоа, активностите за проучување на влијанието на хемиските процеси и хемиските соединенија врз животната средина не можат целосно да го заменат систематското проучување на овие прашања.
Хемијата е еден од најважните предмети, врз основа на кој се формира дијалектиката - материјалистички идеи за светот околу нас.
Според сегашната програма, матурантите од IX одделение имаат многу нецелосно, фрагментарно разбирање на хемијата, бидејќи прашањата за органска и општа хемија се изучуваат во одделението X-XI. Имајќи ја предвид диференцијацијата на образованието во средно училиште, многу ученици можеби воопшто не учат хемија, што ќе доведе до целосно непознавање на голем број витални прашања и ќе го комплицира човечкото постоење во современиот свет, бидејќи матурантите нема да разберат, на пр. , причините за штетното влијание на човековата економска активност врз флората и фауната и биосферата во целина и други слични прашања.
Така, неопходно е радикално да се промени програмата за хемија и, соодветно, курсот по хемија како целина.
На Катедрата за методи на настава по природни науки и математички предмети на МГИУУ, беше развиена нова програма за курсеви по хемија „Екологија и дијалектика“ и, врз основа на неа, беше спроведен експеримент во дваесет училишта во Москва и Московскиот регион. Неговата карактеристична карактеристика е што врз основа на тоа, дипломираните студенти од класа IX добиваат општо разбирање за хемиската наука како целина, како и за сите нејзини делови. На основно ниво, завршувајќи со деветто одделение, учениците се запознаваат со улогата и местото на хемијата во современата економска активност на човекот, нејзиното влијание врз животната средина и начините за надминување на негативното влијание на практичните активности на човекот врз флората, фауната и човечкото тело. поврзани со употребата на хемиско производство.
Во оваа програма се посветува големо внимание на поставувањето на хемиски експерименти, употребата на различни најважни хемиски соединенија во човековата практика, нивното влијание врз животната средина и човечкото тело. Преку познавањето на хемиските соединенија и хемиските појави, учениците развиваат посебен однос кон човековата околина,
Се создава основа за правилно разбирање на еколошките проблеми, без кои е невозможно човештвото да постои во современиот свет; се формира идеја за сложеноста на неконзистентноста на различните процеси, вклучително и хемиските, што овозможува, врз основа на тоа, да се користи знаење од други курсеви од природниот и математичкиот циклус, да се формира дијалектичко-материјалистичко разбирање на околната активност. Воедно, овој курс по хемија треба да ги реши и проблемите за едукација на стручни лица - хемичари, како и на луѓе на кои им е потребно длабоко познавање на хемијата за успешно спроведување на нивните професионални задачи. Тој е дизајниран да создаде основа на солидно хемиско знаење, врз основа на кое може да се формира повисоко ниво на знаење и разбирање на хемијата во одделението X - XI од средното училиште. Овој предмет претпоставува имплементација на диференцирана настава, земајќи ги предвид особеностите на совладување на хемиските знаења како од студенти со намален степен на образование во образовниот материјал, така и од студенти чие почетно ниво на разбирање на хемијата е доста високо.
Развиената програма „Екологија и дијалектика“ претпоставува длабока врска со биологијата, физиката, географијата и другите дисциплини што се изучуваат на училиште, што ќе им овозможи на учениците да формираат сеопфатно разбирање за светот околу нив.
Сепак, оваа програма е дизајнирана за длабинско проучување на предметот со пропедевтски курс во 7-мо одделение и е погодна само во специјализирани училишта или паралелки. Специјалисти од Московскиот државен педагошки универзитет именуван по. Беа развиени Н Зверева и голем број интегрирани курсеви: „Биосфера и човекот“, „Екологија и цивилизација“, екологизиран курс по хемија; „од тема до тема.
Програмата на интегрираниот курс „Биосфера и човекот“ е наменета за ученици од средношколските и средните специјализирани хуманистички установи. Овој пристап е дотолку порелевантен бидејќи во образованието за хуманитарни науки во последно време има сè поголема тенденција за намалување на курсевите по природни науки, а пред се хемијата. Интеграцијата на знаењето од природните науки ни овозможува да го решиме проблемот со формирање на холистичка перцепција за светот околу нас, развивање интерес за хемиската наука и развивање на хемиското знаење на добро ниво.
Целта на овој курс е да се зазелени свеста на студентите и да се популаризира наставата. Водечки идеи на курсот: човекот е причина за еколошките проблеми, а само човекот може да ги реши; интегритетот и различноста на светот. Вниманието е насочено кон проучувањето на самата природа, различноста на нивоата на организација на животот, еволуцијата и на органскиот свет и на односот меѓу човекот и природата.
Но, предметот „Биосфера и човек“ е многу специфичен и е прогласен за посебен специјализиран предмет во X-XI одделение. Сепак, не секое училиште има дополнителни часови во својата наставна програма за воведување на овој курс.
предложи екологизиран курс „Екологија и цивилизација“, кој има јасно интердисциплинарен карактер, вклучувајќи филозофско-историски, социјално-морални, биолошки, географски и физичко-хемиски аспекти на еколошките проблеми.
Како дел од еколошкото образование и воспитување, пропедевтиката се спроведува во I-VII одделение во форма на изучување на предметот „Светот околу тебе“ (I-II одд.), „Природни науки“ (I-IV одд.), учениците понатаму. акумулира знаење за природни објекти, некои обрасци развој на природата, факти за антропогено влијание врз животната средина; предавање на ученици
ков анализа и моделирање на едноставни ситуации. Во оваа фаза, најефективниот начин е да се озеленат академските дисциплини во комбинација со проблематични изборни предмети, работа во клубови и работа со локална историја.
Во процесот на настава по хемија во VIII и IX одделение, важно е да се вклучат разгледување на проблемите за заштита на животната средина од хемиско загадување. Курсот по екологизирана хемија се заснова на идеи за односот помеѓу составот, структурата, својствата и биолошката функција на супстанциите; нивната двојна улога во живата природа; биолошка заменливост на хемиските елементи и последиците од овој процес за организмите; причини за нарушување на биогеохемиските циклуси; улогата на хемијата во решавањето на еколошките проблеми.
Во завршната фаза од обуката (X_XI одделение) продолжува усовршувањето на хемиските знаења во процесот на совладување на курсот органска и општа хемија. Неговата содржина ни овозможува да развиеме идеи за манифестацијата на хемиските закони во природните процеси; ги разбираат еколошките обрасци како што се цикличноста и континуитетот на размена на материјата помеѓу составните компоненти на биосферата.
Курс по еколошка хемија X одделение. е дополнет со изборен предмет „Хемија и заштита на животната средина“, кој ги опфаќа хемиските аспекти на еколошките проблеми на локално, регионално и глобално ниво. Составен дел на овој курс е лабораториска работилница, која вклучува организирање на студентски истражувачки активности за проучување на антропогеното влијание врз природните објекти.
Академската дисциплина „Екологија и цивилизација“ беше воведена паралелно со изучувањето на хемијата во X и XI одделение (14, стр. 43).
Поради интегрирањето на овие курсеви, програмите се реализираат во рамките на повеќе предмети и од повеќе наставници.
За VIII – XI одделение беше предложена програма за еколошки курс по хемија: од тема до тема. Нејзиниот главен фокус е на тие феномени -
Лении кои предизвикуваат сериозна загриженост за состојбата на природната средина и иднината на цивилизацијата: глобално затоплување, осиромашување на атмосферската озонска обвивка, кисели дождови, акумулација на токсични тешки метали и пестициди во почвата, контаминација на големи површини со радионуклиди, осиромашување на природните ресурси на планетата.
Природата во својот природен развој е во динамична рамнотежа;
Непосредниот резултат на интеракцијата помеѓу човекот и природата се промените во хемискиот состав на компонентите на животната средина, што доведува до промена на природната рамнотежа;
Хемиското знаење е составен дел на знаењето за основите на зачувување на природата, рационално користење на природните ресурси и разумна трансформација на животната средина од страна на човекот.
Улогата на хемијата во решавањето на еколошките проблеми во сегашната фаза е значајна:
А) Проучување на составот, структурата, својствата, како оваа или онаа супстанција се однесува во атмосферата, почвата, водната средина, какви ефекти имаат таа и производите од нејзините трансформации врз биолошки теми;
Б) Со откривање на механизмите на биогеохемиските процеси во природниот циклус на елементите, хемијата придонесува за решавање на проблемот со најприродното и „безболно“ влегување на индустриското производство во природните циклуси, што го прави дел од секој екосистем.
В) Користење на различни методи на хемиско-аналитичко следење на состојбата на еколошките објекти или квалитетот на готовите производи во голем број индустрии (хемиски, петрохемиски
, микробиолошки, фармацевтски), хемијата ви овозможува да ги добиете информациите потребни за последователно донесување одлуки за спречување на влез на штетни
Нови супстанции во контролирани предмети, чистење на овие предмети, методи за нивна заштита итн.
Екологизираниот курс по хемија овозможува да се открие посебната улога на оваа наука во борбата против незнаењето на животната средина, манифестирана во вкоренетата идеја за „вината“ на хемијата во тековната еколошка ситуација, за да се привлечат учениците во истражувачка работа. да ја проучува состојбата на природната средина и да им всади чувство на лична одговорност за нејзино зачувување.
Вредноста на оваа програма лежи во фактот што еколошките концепти резонираат во секоја тема во хемијата, проширувајќи го, продлабочувајќи и систематизирајќи го знаењето на учениците за основните хемиски закони и нивниот однос со состојбата на животната средина. При разгледување на кое било хемиско прашање, еколошките аспекти може да се претстават или во форма на кратка порака, извештај на час, одбрана на есеј, поставување експеримент за животната средина или решавање на еколошки проблем што помага да се совладаат законите на хемијата користејќи специфични еколошки примери.
А (MPGU именуван по V.I. Lenin), (LGUU), Mu (MNPO "Sintez"), (MSU nameed after...) имаат развиено програми на изборни предмети за еколошко образование за ученици: „Здрав човечки начин на живот во загадена биосфера“, „Основи на општа екологија и заштита на животната средина“, „Еколошки проблеми на Ленинградскиот регион“, „Биолошка улога на хемиските елементи“. Овие изборни предмети обезбедуваат формирање на систем на знаење на студентите (ниво на еколошка свест) со елементи на еколошка култура (вредносна ориентација на студентите кон научно засновано управување со животната средина). За поцелосно проучување на основите на екологијата во врска со основите на хемијата, општи образовни циклуси кои содржат општа животна средина
Завршувањето на овие задачи го зголемува нивото на мотивација за учење и го олеснува процесот на стекнување знаење.
Кога се разликува по интереси, технологијата доаѓа во контакт со културно-образовната технологија на наставата, што придонесува за хуманизација на образованието. Како дел од оваа технологија, постои оддел за еколошка култура: запознавање со проблемите за зачувување на природата, човековата околина, единствена човечка култура: негување љубов кон природата, длабинско проучување на географијата, биологијата и хемијата. Како специфични, често методолошки и локални технологии, може да се користи технологијата на еколошко образование, T. V. Kucher et al.
Со цел да се зазелени наставата по хемија, тие користат и технологии за соработка и групни технологии кои имаат стимулирачки ефект врз развојот на детето. Тие вклучуваат комуникација, интеракција, размена на информации меѓу учениците и меѓусебно разбирање.
Процесот на учење се заснова и на алтернативни технологии и технологии на развојно образование, засновани на принципите на антропозофијата, според кои развојот на способноста за учење го води човекот до совршенство. Антропозофијата лежи во основата на Валдорфската педагогија на Р. Штајнер. Развојот на интелектуалните способности се врши со користење на технологија и. Развојното образование го зема предвид и го користи моделот на развој, се прилагодува на нивото и карактеристиките на детето (3, стр. 80-83: стр. 109: стр. 119-122: стр. 1516 стр. 181)
Употребата на овие технологии овозможува да се ориентира личноста на ученикот кон перцепцијата на сè околу него како заинтересиран истражувач кој чувствува лична одговорност за последиците од неговите активности за другите луѓе и за природата.
Користам фрагменти од горенаведените технологии од Н.П. Гузик, И.
2.2. Форми на изведување на часови по еколошко образование при настава по хемија.
Од професионална гледна точка, ме привлекуваат нестандардни форми на изведување настава и земајќи ги предвид знаењата на учениците, како тест лекции, семинарски лекции, конференциски лекции, употреба на дидактички, играње улоги и деловни игри, елементи на тетрадицијата. Ја користам меѓусебната збогатувачка интеракција на природните научни дисциплини за да формирам холистички став кон природата и да ги мотивирам стандардите за здрав начин на живот.
Со цел да се зајакне еколошката ориентација на училишното образование, во едукативниот материјал од секоја тема воведувам разгледување на еколошките прашања, им давам збор на дежурните ученици екологисти да ги истакнат најважните еколошки проблеми во рамките на оваа тема, што овозможува најцелосно користење на знаењето за животната средина за формирање на грижлив однос на учениците кон природата, нивната подготвеност да преземат активни мерки за нејзина заштита.
Мојот педагошки концепт за позеленување на наставата по хемија е близок до екологизиран курс по хемија: од тема до тема. Во моите часови користам еколошки експерименти, задачи или прашања и практична работа со фокус на животната средина.
Кога ја проучувам структурата и својствата на преодните метали, спроведувам семинарска лекција „Структурни карактеристики на d-елементите и нивното влијание врз животната средина и здравјето на луѓето“. Методот на овој час е семинар од развоен и едукативен тип.
Целите на часот се да се генерализираат знаењата на учениците за периодичниот закон, структурата на атомите, состојбата на електроните во атомите; зајакнување на вештините за составување електронски кола, формули, споредување на хемиски елементи по хемиски
микрофон активност; запознавање на учениците со одредени обрасци кои ја одредуваат распространетоста на металите во природата, нивната токсичност и учеството во метаболизмот на живите организми, врз основа на положбата на елементите - металите во периодниот систем; откривање на причините за загадување на животната средина со d-елементи, наведување на главните извори на загадување; развивање на способноста на учениците да ги предвидат и анализираат последиците од загадувањето со метали во природната средина; запознавање со главните насоки за спречување на загадувањето.
Ги избрав зборовите како мото на лекцијата: „Науката е корисна само кога ја прифаќаме не само со умот, туку и со срцето“.
Семинарски план
1) Положба на d-елементи во периодниот систем.
2) Карактеристики на структурата на атомите на d-елементи, нивните својства.
3) г - елементи и жив организам.
4) Биолошка улога и токсичен ефект на d - елементи.
5) Проблемот со загадувањето на животната средина со метали и начини за негово решавање.
6) Наоѓање на г - елементи во природата. Минерали кои содржат d-елементи во регионот Воронеж.
На почетокот на часот го ажурирам знаењето и спроведувам индивидуална и фронтална анкета.
а) Индивидуална анкета.
1. Работете користејќи картички.
2. Кои елементи се нарекуваат г-елементи?
3. Карактеризирај ја положбата на d - елементите во периодниот систем.
4. Карактеристики на структурата на атомите на d-елементи; пополнување на енергетските поднивоа со електрони, феноменот на „неуспех на електрони“.
б) Фронтална анкета.
1. Дајте модерна формулација на периодичниот закон.
2. Кое е физичкото значење на серискиот број, бројот на групата и точката на елементот?
3. Кои квантни броеви ја опишуваат состојбата на електроните во атомот?
4. Кои правила се во основата на составувањето графички дијаграм на структурата на атомот?
5. Направете графички дијаграми и напишете електронски формули за структурата на атомите на следните хемиски елементи: скандиум, железо, ниобиум, („неуспех“ на електрон) (проверете преку хороскоп)
Во втората фаза, ги замолувам учениците да завршат текстуална задача користејќи три опции. Тие ќе ги напишат своите одговори на филтрирана хартија натопена во фенолфталеин, капејќи алкален раствор во саканата положба, според нивното мислење. Ако одговорот е точен, на хартијата се појавува сигнал во боја.
Ова овозможува веднаш да се оценува работата на учениците.
Особеноста на структурата на атомите на d-елементите се должи на присуството во нив на вишок на валентни орбитали и недостаток
Денес нема потреба никого да убедуваме за огромното значење на прашањата поврзани со заштитата на животната средина за целото човештво. Овој проблем е сложен и повеќеслоен. Тоа вклучува не само чисто научни аспекти, туку и економски, социјални, политички, правни и естетски.
Процесите што ја одредуваат моменталната состојба на биосферата се засноваат на хемиски трансформации на супстанции. Хемиските аспекти на проблемот со заштитата на животната средина формираат нов дел од модерната хемија, наречен хемиска екологија. Оваа насока ги испитува хемиските процеси што се случуваат во биосферата, хемиското загадување на животната средина и неговото влијание врз еколошката рамнотежа, ги карактеризира главните хемиски загадувачи и методи за одредување на нивото на загадување, развива физички и хемиски методи за борба против загадувањето на животната средина и пребарува за нови еколошки извори на енергија и сл.
Разбирањето на суштината на проблемот со заштитата на животната средина, се разбира, бара запознавање со голем број прелиминарни концепти, дефиниции, пресуди, чие детално проучување треба да придонесе не само за подлабоко разбирање на суштината на проблемот, туку и за развој на еколошкото образование. Геолошките сфери на планетата, како и структурата на биосферата и хемиските процеси што се случуваат во неа се сумирани во дијаграмот 1.
Обично се разликуваат неколку геосфери. Литосферата е надворешната тврда обвивка на Земјата, која се состои од два слоја: горниот, формиран од седиментни карпи, вклучувајќи гранит, и долниот, базалт. Хидросферата се сите океани и мориња (Светскиот океан), кои сочинуваат 71% од површината на Земјата, како и езерата и реките. Просечната длабочина на океанот е 4 km, а во некои вдлабнатини е и до 11 km. Атмосферата е слој над површината на литосферата и хидросферата, достигнувајќи 100 km. Долниот слој на атмосферата (15 km) се нарекува тропосфера. Вклучува водена пареа суспендирана во воздухот, која се движи кога површината на планетата е нерамномерно загреана. Стратосферата се протега над тропосферата, на чии граници се појавуваат северните светла. Во стратосферата на надморска височина од 45 километри постои озонска обвивка која го рефлектира живото-уништувачкото космичко зрачење и делумно ултравиолетовите зраци. Над стратосферата се протега јоносферата - слој од редок гас направен од јонизирани атоми.
Меѓу сите сфери на Земјата, биосферата зазема посебно место. Биосферата е геолошка обвивка на Земјата заедно со живите организми кои ја населуваат: микроорганизми, растенија, животни. Го вклучува горниот дел од литосферата, целата хидросфера, тропосферата и долниот дел од стратосферата (вклучувајќи ја и озонската обвивка). Границите на биосферата се определуваат со горната граница на животот, ограничена од интензивната концентрација на ултравиолетовите зраци, а долната граница, ограничена од високите температури во внатрешноста на земјата; Само пониските организми - бактериите - ги достигнуваат екстремните граници на биосферата. Зазема посебно место во биосферата озонски заштитен слој. Атмосферата содржи само том. % озон, но тој создаде услови на Земјата што овозможија да се појави живот и да продолжи да се развива на нашата планета.
Во биосферата се одвиваат континуирани циклуси на материја и енергија. Во основа, истите елементи постојано се вклучени во циклусот на супстанции: водород, јаглерод, азот, кислород, сулфур. Од неживата природа преминуваат во составот на растенијата, од растенијата - во животните и луѓето. Атомите на овие елементи се задржуваат во кругот на животот стотици милиони години, што е потврдено со анализа на изотоп. Овие пет елементи се нарекуваат биофилни (животољубиви), а не сите нивни изотопи, туку само лесни. Така, од трите изотопи на водород, само . Од трите природни изотопи на кислород 
само биофилни, а од јаглеродни изотопи - само.
Улогата на јаглеродот во појавата на живот на Земјата е навистина огромна. Постои причина да се верува дека за време на формирањето на земјината кора, дел од јаглеродот навлегол во неговите длабоки слоеви во форма на минерали како што се карбиди, а другиот дел бил задржан од атмосферата во форма на CO. Намалувањето на температурата во одредени фази од формирањето на планетата беше придружено со интеракција на CO со водена пареа преку реакцијата на kcal, така што до моментот кога се појави течна вода на Земјата, атмосферскиот јаглерод мора да бил во форма на јаглерод диоксид. . Според дијаграмот на јаглеродниот циклус подолу, атмосферскиот јаглерод диоксид се извлекува од растенијата (1), а преку врските со храна (2) јаглеродот влегува во телото на животните:
Дишењето на животните и растенијата и распаѓањето на нивните остатоци постојано враќаат огромни маси на јаглерод во атмосферата и океанските води во форма на јаглерод диоксид (3, 4). Во исто време, постои одредено отстранување на јаглеродот од циклусот поради делумна минерализација на остатоците од растенијата (5) и животните (6).
Дополнително и помоќно отстранување на јаглеродот од циклусот е неорганскиот процес на атмосферски влијанија на карпите (7), во кој металите што ги содржат под влијание на атмосферата се трансформираат во соли на јаглерод диоксид, кои потоа се измиваат со вода и се носи со реки до океанот, проследено со делумна седиментација. Според груби проценки, до 2 милијарди тони јаглерод се врзуваат годишно кога карпите се излачуваат од атмосферата. Таквата огромна потрошувачка не може да се компензира со различни природни процеси кои слободно се случуваат (вулкански ерупции, извори на гас, ефект на грмотевици врз варовник итн.), што доведува до обратна транзиција на јаглеродот од минерали во атмосферата (8). Така, и неорганската и органската фаза на јаглеродниот циклус се насочени кон намалување на содржината во атмосферата. Во овој поглед, треба да се забележи дека свесната човечка активност значително влијае на севкупниот циклус на јаглерод и, влијаејќи во суштина на сите правци на процесите што се случуваат во текот на природниот циклус, на крајот го компензира истекувањето од атмосферата. Доволно е да се каже дека само поради согорувањето на јаглен, повеќе од 1 милијарда тони јаглерод се враќале во атмосферата годишно (во средината на нашиот век). Земајќи ја предвид потрошувачката на други видови фосилни горива (тресет, нафта, итн.), како и голем број индустриски процеси кои водат до ослободување на , можеме да претпоставиме дека оваа бројка е всушност уште поголема.
Така, човечкото влијание врз циклусите на трансформација на јаглеродот е директно спротивно во насока на вкупниот резултат на природниот циклус:
Енергетскиот биланс на Земјата се состои од различни извори, но најважни од нив се сончевата и радиоактивната енергија. За време на еволуцијата на Земјата, радиоактивното распаѓање било интензивно, а пред 3 милијарди години имало 20 пати повеќе радиоактивна топлина отколку сега. Во моментов, топлината на сончевите зраци што паѓаат на Земјата значително ја надминува внатрешната топлина од радиоактивното распаѓање, така што главниот извор на топлина сега може да се смета за енергијата на Сонцето. Сонцето ни дава kcal топлина годишно. Според горниот дијаграм, 40% од сончевата енергија се рефлектира од Земјата во вселената, 60% се апсорбира од атмосферата и почвата. Дел од оваа енергија се троши на фотосинтеза, дел оди на оксидација на органски материи, а дел е зачувана во јаглен, нафта и тресет. Сончевата енергија ги возбудува климатските, геолошките и биолошките процеси на Земјата во грандиозни размери. Под влијание на биосферата, сончевата енергија се претвора во различни форми на енергија, предизвикувајќи огромни трансформации, миграции и циркулација на супстанции. И покрај нејзината величественост, биосферата е отворен систем, бидејќи постојано прима проток на сончева енергија.
Фотосинтезата вклучува комплексен сет на реакции од различна природа. Во овој процес, врските во молекулите се преуредуваат, така што наместо претходните врски јаглерод-кислород и водород-кислород, се јавува нов тип на хемиски врски: јаглерод-водород и јаглерод-јаглерод:
Како резултат на овие трансформации, се појавува молекула на јаглени хидрати, која е концентрат на енергија во клетката. Така, во хемиска смисла, суштината на фотосинтезата лежи во преуредувањето на хемиските врски. Од оваа гледна точка, фотосинтезата може да се нарече процес на синтеза на органски соединенија користејќи светлосна енергија. Целокупната равенка на фотосинтезата покажува дека покрај јаглехидратите, се произведува и кислород:
но оваа равенка не дава идеја за нејзиниот механизам. Фотосинтезата е сложен процес во повеќе фази во кој, од биохемиска гледна точка, централната улога му припаѓа на хлорофилот, зелена органска супстанција која апсорбира квантум сончева енергија. Механизмот на процесите на фотосинтеза може да се претстави со следниот дијаграм:
Како што може да се види од дијаграмот, во лесната фаза на фотосинтезата, вишокот енергија на „возбудените“ електрони доведува до процес: фотолиза - со формирање на молекуларен кислород и атомски водород:
и синтеза на аденозин трифосфорна киселина (ATP) од аденозин дифосфорна киселина (ADP) и фосфорна киселина (P). Во темната фаза се јавува синтеза на јаглехидрати, за чија имплементација се троши енергијата на АТП и атомите на водород, кои настануваат во светлосната фаза како резултат на конверзијата на светлосната енергија од Сонцето. Целокупната продуктивност на фотосинтезата е огромна: секоја година вегетацијата на Земјата задржува 170 милијарди тони јаглерод. Покрај тоа, растенијата вклучуваат милијарди тони фосфор, сулфур и други елементи во синтезата, како резултат на што годишно се синтетизираат околу 400 милијарди тони органски материи. Сепак, и покрај сета своја величественост, природната фотосинтеза е бавен и неефикасен процес, бидејќи зелениот лист користи само 1% од сончевата енергија што паѓа на него за фотосинтеза.
Како што е наведено погоре, како резултат на апсорпцијата на јаглерод диоксид и неговата понатамошна трансформација за време на фотосинтезата, се формира молекула на јаглени хидрати, која служи како јаглероден скелет за изградба на сите органски соединенија во клетката. Органските супстанции произведени за време на фотосинтезата се карактеризираат со голема понуда на внатрешна енергија. Но, енергијата акумулирана во финалните производи на фотосинтезата не е достапна за директна употреба во хемиските реакции што се случуваат кај живите организми. Претворањето на оваа потенцијална енергија во активна форма се врши во друг биохемиски процес - дишење. Главната хемиска реакција на процесот на дишење е апсорпција на кислород и ослободување на јаглерод диоксид:
Сепак, процесот на дишење е многу сложен. Вклучува активирање на водородни атоми на органскиот супстрат, ослободување и мобилизација на енергија во форма на АТП и генерирање на јаглеродни скелети. За време на процесот на дишење, јаглехидратите, мастите и протеините, во реакции на биолошка оксидација и постепено преструктуирање на органскиот скелет, се откажуваат од своите водородни атоми за да формираат редуцирани форми. Последните, кога се оксидираат во респираторниот синџир, ослободуваат енергија, која се акумулира во активна форма во спарените реакции на синтезата на АТП. Така, фотосинтезата и дишењето се различни, но многу тесно поврзани аспекти на општата размена на енергија. Во клетките на зелените растенија, процесите на фотосинтеза и дишење се тесно поврзани. Процесот на дишење кај нив, како и кај сите други живи клетки, е постојан. Во текот на денот, заедно со дишењето, во нив се случува и фотосинтеза: растителните клетки ја претвораат светлосната енергија во хемиска енергија, синтетизирајќи органска материја и ослободувајќи кислород како нуспроизвод на реакцијата. Количината на кислород што ја ослободува растителната клетка за време на фотосинтезата е 20-30 пати поголема од нејзината апсорпција за време на истовремениот процес на дишење. Така, во текот на денот, кога се случуваат двата процеса кај растенијата, воздухот се збогатува со кислород, а навечер, кога фотосинтезата престанува, се зачувува само процесот на дишење.
Кислородот неопходен за дишење влегува во човечкото тело преку белите дробови, чии тенки и влажни ѕидови имаат голема површина (околу 90) и во нив продираат крвни садови. Влегувајќи во нив, кислородот се формира со хемоглобинот содржан во црвените крвни зрнца - еритроцити - кревко хемиско соединение - оксихемоглобин и во оваа форма се носи со црвена артериска крв до сите ткива на телото. Во нив, кислородот се одвојува од хемоглобинот и е вклучен во различни метаболички процеси, особено ги оксидира органските материи кои влегуваат во телото во форма на храна. Во ткивата, јаглеродниот диоксид се приклучува на хемоглобинот, формирајќи кревко соединение - карбхемоглобин. Во оваа форма, а исто така делумно во форма на соли на јаглеродна киселина и во физички растворена форма, јаглеродниот диоксид влегува во белите дробови со протокот на темна венска крв, каде што се излачува од телото. Шематски, овој процес на размена на гасови во човечкото тело може да се претстави со следните реакции:
Вообичаено, воздухот што го вдишува лице содржи 21% (по волумен) и 0,03%, а издишаниот воздух содржи 16% и 4%; дневно едно лице издишува 0,5. Слично на кислородот, јаглерод моноксидот (CO) реагира со хемоглобинот, а добиеното соединение е Хем. CO е многу поиздржлив. Затоа, дури и при ниски концентрации на CO во воздухот, значителен дел од хемоглобинот се врзува за него и престанува да учествува во преносот на кислород. Кога воздухот содржи 0,1% CO (по волумен), т.е. во сооднос од CO и 1:200, хемоглобинот ги врзува еднакви количини на двата гаса. Поради ова, при вдишување воздух отруен со јаглерод моноксид, може да дојде до смрт од задушување, и покрај присуството на вишок кислород.
Ферментацијата, како процес на распаѓање на зашеќерените материи во присуство на посебен вид микроорганизми, се случува толку често во природата што алкохолот, иако во незначителни количини, е постојана компонента на почвената вода, а неговите пареи секогаш се содржани во мали количини. во воздухот. Наједноставната шема на ферментација може да се претстави со равенката:
Иако механизмот на процесите на ферментација е сложен, сепак може да се тврди дека дериватите на фосфорната киселина (ATP), како и голем број ензими, играат исклучително важна улога во него.
Гниењето е сложен биохемиски процес, како резултат на кој измет, трупови и растителни остатоци го враќаат врзаниот азот претходно земен од неа во почвата. Под влијание на специјални бактерии, овој врзан азот на крајот се претвора во соли на амонијак и амониум. Покрај тоа, за време на распаѓањето, дел од врзаниот азот се претвора во слободен азот и се губи.
Како што следува од горниот дијаграм, дел од сончевата енергија апсорбирана од нашата планета е „конзервирана“ во форма на тресет, нафта и јаглен. Моќните поместувања на земјината кора закопаа огромни растителни маси под слоеви од карпи. Кога мртвите растителни организми се распаѓаат без пристап до воздух, се ослободуваат испарливи производи на распаѓање, а остатокот постепено се збогатува со јаглерод. Ова има соодветен ефект врз хемискиот состав и калориската вредност на производот на распаѓање, кој, во зависност од неговите карактеристики, се нарекува тресет, кафеав и јаглен (антрацит). Како растителниот свет, животинскиот свет од минатите епохи, исто така, ни остави вредно наследство - маслото. Модерните океани и мориња содржат огромни акумулации на едноставни организми во горните слоеви на водата до длабочина од околу 200 m (планктон) и во долниот регион на не многу длабоки места (бентос). Вкупната маса на планктони и бентоси се проценува на огромна бројка (~ t). Како основа на исхраната за сите посложени морски организми, планктонот и бентосот во моментов веројатно нема да се акумулираат како остатоци. Меѓутоа, во далечните геолошки епохи, кога условите за нивниот развој биле поповолни, а имало многу помалку потрошувачи од сега, остатоците од планктони и бентоси, како и, веројатно, повисоко организирани животни, кои масовно умирале за еден причина или друга, може да стане главен градежен материјал за формирање на нафта. Суровата нафта е нерастворлива во вода, црна или кафеава мрсна течност. Се состои од 83-87% јаглерод, 10-14% водород и мали количини на азот, кислород и сулфур. Неговата калориска вредност е повисока од онаа на антрацитот и се проценува на 11.000 kcal/kg.
Биомасата се подразбира како севкупност на сите живи организми во биосферата, т.е. количината на органска материја и енергијата содржана во неа на целата популација на поединци. Биомасата обично се изразува во тежински единици во однос на сува материја по единица површина или волумен. Акумулацијата на биомаса се определува од виталната активност на зелените растенија. Во биогеоценозите, тие, како произведувачи на жива материја, ја играат улогата на „производители“, тревојади и месојадни животни, како консументи на жива органска материја, ја играат улогата на „потрошувачи“ и уништувачи на органски остатоци (микроорганизми), што доведува до распаѓањето на органската материја до едноставни минерални соединенија се „разградувачи“. Посебна енергетска карактеристика на биомасата е нејзината способност да се репродуцира. Според дефиницијата на В.И. Вернадски, „живата материја (збирка на организми), како маса на гас, се шири над површината на земјата и врши одреден притисок во околината, ги заобиколува пречките што го попречуваат нејзиниот напредок или ги зафаќа, покривајќи ги се постигнува преку репродукција на организми“. На површината на земјата, биомасата се зголемува во правец од половите кон екваторот. Во истата насока, бројот на видови кои учествуваат во биогеоценозите се зголемува (види подолу). Биоценозите на почвата ја покриваат целата копнена површина.
Почвата е лабав површински слој на земјината кора, модифициран од атмосферата и организмите и постојано се надополнува со органски остатоци. Дебелината на почвата, заедно со површинската биомаса и под нејзино влијание, се зголемува од половите до екваторот. Почвата е густо населена со живи организми, а во неа се случува континуирана размена на гасови. Во текот на ноќта, додека гасовите се ладат и се компресираат, малку воздух влегува во него. Кислородот од воздухот се апсорбира од животните и растенијата и е дел од хемиските соединенија. Азот внесен во воздухот е заробен од некои бактерии. Во текот на денот, кога почвата се загрева, од неа се ослободуваат амонијак, водород сулфид и јаглерод диоксид. Сите процеси што се случуваат во почвата се вклучени во циклусот на супстанции во биосферата.
Хидросфера на Земјата, или Светскиот океан, зафаќа повеќе од 2/3 од површината на планетата. Физичките својства и хемискиот состав на океанските води се многу константни и создаваат средина поволна за живот. Водните животни го излачуваат преку дишење, а алгите ја збогатуваат водата преку фотосинтеза. Фотосинтезата на алгите се случува главно во горниот слој на водата - на длабочина до 100 m океанските планктон претставуваат 1/3 од фотосинтезата што се случува на целата планета. Во океанот, биомасата е претежно дисперзирана. Во просек, биомасата на Земјата, според современите податоци, е приближно t, масата на зелените копнени растенија е 97%, животните и микроорганизмите се 3%. Во Светскиот океан има 1000 пати помалку жива биомаса отколку на копно. Употребата на сончевата енергија на океанското подрачје е 0,04%, на копно - 0,1%. Океанот не е толку богат со живот како што се мислеше неодамна.
Човештвото сочинува само мал дел од биомасата на биосферата. Сепак, совладувајќи различни форми на енергија - механичка, електрична, атомска - почна да има огромно влијание врз процесите што се случуваат во биосферата. Човечката активност стана толку моќна сила што оваа сила стана споредлива со природните сили на природата. Анализата на резултатите од човековата активност и влијанието на оваа активност врз биосферата како целина го предводеше академик В.И. Вернадски до заклучок дека во моментов човештвото создаде нова обвивка на Земјата - „интелигентна“. Вернадски го нарече „ноосфера“. Ноосферата е „колективниот ум на човекот, концентриран и во неговите потенцијални способности и во кинетичките влијанија врз биосферата, сепак, во текот на вековите беа спонтани, а понекогаш и грабливи по природа, а последицата од таквото влијание беше заканувачка врз животната средина. загадувањето, со сите последователни последици“.
Разгледувањето на прашањата поврзани со проблемот на заштита на животната средина бара појаснување на концептот " животната средина"Овој термин ја означува целата наша планета плус тенка обвивка на живот - биосферата, плус вселената што не опкружува и влијае на нас. Сепак, за едноставност, животната средина често значи само биосферата и дел од нашата планета - земјината кора. Според за V.I.
Екологијата како наука за односите на организмите меѓу себе, како и меѓу организмите и нивната околина, посветува посебно внимание на проучувањето на оние сложени системи (екосистеми) кои настануваат во природата врз основа на интеракцијата на организмите меѓу себе. и неорганската средина. Оттука, екосистемот е збирка на живи и неживи компоненти на природата кои комуницираат. Овој концепт се однесува на единици со различен обем - од мравјалник (микроекосистем) до океан (макроекосистем). Самата биосфера е џиновски екосистем на земјината топка.
Врските помеѓу компонентите на екосистемот се јавуваат првенствено врз основа на врските со храна и методите за добивање енергија. Според начинот на добивање и користење на хранливи материи и енергија, сите организми од биосферата се поделени во две остро различни групи: автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите се способни да синтетизираат органски материи од неоргански соединенија (, итн.). Од овие енергетски сиромашни соединенија клетките синтетизираат гликоза, амино киселини, а потоа и посложени органски соединенија - јаглени хидрати, протеини итн. Главните автотрофи на Земјата се клетките на зелените растенија, како и некои микроорганизми. Хетеротрофите не се способни да синтетизираат органски материи од неоргански соединенија. Потребна им е испорака на готови органски соединенија. Хетеротрофи се клетките на животните, луѓето, повеќето микроорганизми и некои растенија (на пример, габи и зелени растенија кои не содржат хлорофил). Во процесот на хранење, хетеротрофите на крајот ја разградуваат органската материја во јаглерод диоксид, вода и минерални соли, т.е. супстанции погодни за повторна употреба од автотрофи.
Така, во природата се јавува континуиран циклус на супстанции: хемиските супстанции неопходни за живот се извлекуваат од автотрофите од околината и повторно се враќаат во неа преку низа хетеротрофи. За да се спроведе овој процес, потребен е постојан проток на енергија однадвор. Нејзиниот извор е зрачната енергија на Сонцето. Движењето на материјата предизвикано од активноста на организмите се случува циклично и може да се користи повторно и повторно, додека енергијата во овие процеси е претставена со еднонасочен тек. Енергијата на Сонцето организмите ја трансформираат само во други форми - хемиски, механички, термички. Во согласност со законите на термодинамиката, ваквите трансформации секогаш се придружени со дисипација на дел од енергијата во форма на топлина. Иако општата шема на циклусот на супстанции е релативно едноставна, во реални природни услови овој процес добива многу сложени форми. Ниту еден тип на хетеротрофни организми не е способен веднаш да ја разложи органската материја од растенијата во финални минерални производи (, итн.). Секој вид користи само дел од енергијата содржана во органската материја, доведувајќи го неговото распаѓање до одредена фаза. Остатоците несоодветни за даден вид, но сепак богати со енергија, ги користат другите организми. Така, во процесот на еволуција, во екосистемот се формирале синџири на меѓусебно поврзани видови, кои сукцесивно извлекуваат материјали и енергија од оригиналната супстанција на храна. Сите видови кои го формираат синџирот на исхрана постојат на органска материја генерирана од зелените растенија.
Севкупно, само 1% од зрачната енергија на Сонцето што паѓа на растенијата се претвора во енергија на синтетизирани органски материи, кои можат да ги користат хетеротрофните организми. Поголемиот дел од енергијата содржана во растителната храна се троши во животинското тело на различни витални процеси и, претворајќи се во топлина, се троши. Покрај тоа, само 10-20% од оваа енергија на храна оди директно за изградба на нова супстанција. Големите загуби на корисна енергија предодредуваат дека синџирите на исхрана се состојат од мал број алки (3-5). Со други зборови, како резултат на загуба на енергија, количината на органска материја произведена на секое следно ниво на синџирите на исхрана нагло се намалува. Оваа важна шема се нарекува владеење на еколошката пирамидаа на дијаграмот е претставена со пирамида, во која секое следно ниво одговара на рамнина паралелна со основата на пирамидата. Постојат различни категории на еколошки пирамиди: пирамидата на броеви - што го одразува бројот на поединци на секое ниво од синџирот на исхрана, пирамидата на биомаса - што ја одразува соодветната количина на органска материја, пирамидата на енергија - ја одразува количината на енергија во храна.
Секој екосистем се состои од две компоненти. Едниот од нив е органски, што претставува комплекс на видови кои формираат самоодржлив систем во кој се одвива циркулацијата на супстанции, што се нарекува биоценоза, другиот е неорганска компонента која дава засолниште на биоценозата и се нарекува биотон:
Екосистем = биотон + биоценоза.
Другите екосистеми, како и геолошките, климатските и космичките влијанија во однос на даден еколошки систем делуваат како надворешни сили. Одржливоста на еден екосистем секогаш е поврзана со неговиот развој. Според современите погледи, еден екосистем има тенденција да се развива кон својата стабилна состојба - зрел екосистем. Оваа промена се нарекува сукцесија. Раните фази на сукцесијата се карактеризираат со мала разновидност на видовите и ниска биомаса. Екосистемот во почетната фаза на развој е многу чувствителен на нарушувања, а силно влијание врз главниот тек на енергија може да го уништи. Во зрелите екосистеми, флората и фауната се зголемуваат. Во овој случај, оштетувањето на една компонента не може да има силно влијание врз целиот екосистем. Оттука, зрелиот екосистем има висок степен на еластичност.
Како што е наведено погоре, геолошките, климатските, хидрогеолошките и космичките влијанија во однос на даден еколошки систем делуваат како надворешни сили. Меѓу надворешните сили кои влијаат на екосистемите, човечкото влијание зазема посебно место. Биолошките закони на структурата, функционирањето и развојот на природните екосистеми се поврзани само со оние организми кои се нивни неопходни компоненти. Во овој поглед, едно лице, и социјално (личност) и биолошки (организам), не е дел од природните екосистеми. Ова произлегува барем од фактот дека секој природен екосистем во својата појава и развој може без луѓе. Човекот не е неопходен елемент на овој систем. Покрај тоа, појавата и постоењето на организмите се одредуваат само со општите закони на екосистемот, додека човекот е генериран од општеството и постои во општеството. Човекот како индивидуа и како биолошко суштество е составен дел на посебен систем - човечкото општество, која има историски променливи економски закони за дистрибуција на храна и други услови на своето постоење. Во исто време, едно лице ги добива елементите неопходни за живот, како што се воздухот и водата, однадвор, бидејќи човечкото општество е отворен систем во кој енергијата и материјата доаѓаат однадвор. Така, едно лице е „надворешен елемент“ и не може да влезе во постојани биолошки врски со елементи на природните екосистеми. Од друга страна, делувајќи како надворешна сила, луѓето имаат големо влијание врз екосистемите. Во оваа насока, неопходно е да се укаже на можноста за постоење на два вида екосистеми: природни (природни) и вештачки. Развој (сукцесија) природните екосистемиги почитува законите на еволуцијата или законите на космичките влијанија (постојаност или катастрофи). Вештачки екосистеми- тоа се збирки на живи организми и растенија кои живеат во услови кои човекот ги создал со својот труд и со својата мисла. Моќта на човечкото влијание врз природата се манифестира токму во вештачките екосистеми, кои денес покриваат поголем дел од биосферата на Земјата.
Човечка еколошка интервенција очигледно секогаш се случувала. Целата претходна човечка активност може да се смета како процес на подредување на многу, па дури и на сите еколошки системи, сите биоценози на човечките потреби. Човечката интервенција не можеше да не влијае на еколошката рамнотежа. Дури и стариот човек со палење шуми ја нарушувал еколошката рамнотежа, но тоа го правел полека и во релативно мал обем. Таквата интервенција имаше повеќе локален карактер и не предизвика глобални последици. Со други зборови, човековата активност од тоа време се одвивала во услови блиски до рамнотежа. Меѓутоа, сега влијанието на човекот врз природата, поради развојот на науката, технологијата и технологијата, доби толкави размери што нарушувањето на еколошката рамнотежа стана заканувачки на глобално ниво. Доколку процесот на човечко влијание врз екосистемите не беше спонтан, а понекогаш дури и предаторски, тогаш прашањето за еколошката криза немаше да биде толку акутно. Во меѓувреме, човечката активност денес стана толку пропорционална со моќните сили на природата што самата природа повеќе не е во состојба да се справи со оптоварувањата што ги доживува.
Така, главната суштина на проблемот со заштитата на животната средина е дека човештвото, благодарение на својата работна активност, стана толку моќна сила што ја формира природата што нејзиното влијание почна да се манифестира многу побрзо од влијанието на природната еволуција на биосферата.
Иако терминот „заштита на животната средина“ е многу вообичаен денес, тој сè уште не ја одразува строго суштината на предметот. Физиологот И.М. Сеченов еднаш истакна дека жив организам не може да постои без интеракција со околината. Од оваа гледна точка, терминот „управување со животната средина“ се чини дека е построг. Општо земено, проблемот на рационално користење на животната средина лежи во потрагата по механизми кои обезбедуваат нормално функционирање на биосферата.
КОНТРОЛНИ ПРАШАЊА
1. Дефинирајте го концептот „средина“.
2. Која е главната суштина на проблемот со заштитата на животната средина?
3. Наведете ги различните аспекти на еколошкиот проблем.
4. Дефинирајте го терминот „хемиска екологија“.
5. Наброј ги главните геосфери на нашата планета.
6. Наведете ги факторите кои ги одредуваат горните и долните граници на биосферата.
7. Наброј ги биофилните елементи.
8. Коментар за влијанието на човековите активности врз природниот циклус на трансформациите на јаглеродот.
9. Што можете да кажете за механизмот на фотосинтеза?
10. Наведете дијаграм за процесот на дишење.
11. Наведете дијаграм на процесите на ферментација.
12. Дефинирајте ги поимите „производител“, „потрошувач“, „разградувач“.
13. Која е разликата помеѓу „автотрофи“ и „хетеротрофи“?
14. Дефинирајте го концептот „ноосфера“.
15. Која е суштината на правилото „еколошка пирамида“?
16. Дефинирајте ги концептите „биотон“ и „биоценоза“.
17. Дефинирајте го концептот „екосистем“.
Микроелементи и ензими. Вовед во металоензими. Специфични и неспецифични ензими. Улогата на металните јони во ензимите. Хоризонтална сличност во биолошкото дејство на д-елементите Синергизам и антагонизам на елементите.
Склоност на јоните на d-елементот кон хидролиза и полимеризација
Во кисели средини, јоните на d-елементот се во форма на хидрирани јони [M(H 2 O) m ] n+. Со зголемување на pH вредноста, хидрираните јони на многу d-елементи, поради нивниот голем полнеж и малата големина на јоните, имаат висок поларизирачки ефект врз молекулите на водата, способност за прифаќање на јони на хидроксид, подлежат на катјонска хидролиза и формираат силни ковалентни врски со OH - . Процесот завршува или со формирање на основни соли [M(OH) m] (m-n)+, или нерастворливи хидроксиди M(OH) n, или хидрокс комплекси [M(OH) m] (n-m)-. Процесот на хидролитичка интеракција може да се случи со формирање на мултинуклеарни комплекси како резултат на реакцијата на полимеризација.
2. 4. Биолошка улога на d-елементи (преодни елементи)
Елементите, чија содржина не надминува 10 -3%, се дел од ензими, хормони, витамини и други витални соединенија. За метаболизмот на протеини, јаглени хидрати и масти се потребни: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; Следниве се вклучени во синтезата на протеините: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr во хематопоезата - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; во здив - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn и Co. Затоа, микроелементите најдоа широка примена во медицината, како микроѓубрива за полските култури и како ѓубрива во сточарството, живината и одгледувањето риби. Микроелементите се дел од голем број биорегулатори на живите системи, кои се базираат на биокомплекси. Ензимите се специјални протеини кои делуваат како катализатори во биолошките системи. Ензимите се единствени катализатори со ненадмината ефикасност и висока селективност. Пример за ефикасноста на реакцијата на распаѓање на водород пероксид 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 во присуство на ензими е даден во Табела 6.
Табела 6. Енергија на активирање (E o) и релативната брзина на реакцијата на распаѓање на H 2 O 2 во отсуство и присуство на различни катализатори
Во моментов се познати повеќе од 2000 ензими, од кои многу катализираат една реакција. Активноста на голема група ензими се јавува само во присуство на одредени непротеински соединенија наречени кофактори. Металните јони или органските соединенија делуваат како кофактори. Околу една третина од ензимите се активираат од преодните метали.
Металните јони во ензимите извршуваат голем број функции: тие се електрофилна група на активниот центар на ензимот и ја олеснуваат интеракцијата со негативно наелектризираните области на молекулите на подлогата, формираат каталитички активна конформација на структурата на ензимот (во формирањето на спиралната структура на РНК, вклучени се јони на цинк и манган), учествуваат во транспортот на електрони (комплексира пренос на електрони). Способноста на металниот јон да ја врши својата улога во активното место на соодветниот ензим зависи од способноста на металниот јон да формира комплекси, геометријата и стабилноста на формираниот комплекс. Ова обезбедува зголемување на селективноста на ензимот кон супстратите, активирање на врските во ензимот или супстратот преку координација и промена на обликот на подлогата во согласност со стеричните барања на активното место.
Биокомплексите се разликуваат по стабилност. Некои од нив се толку силни што постојано се во телото и извршуваат одредена функција. Во случаи кога врската помеѓу кофакторот и ензимскиот протеин е силна и тешко е да се разделат, тоа се нарекува „протетска група“. Вакви врски се пронајдени во ензими кои содржат хем комплекс на железо со дериват на порфин. Улогата на металите во таквите комплекси е многу специфична: неговата замена дури и со елемент сличен по својства доведува до значително или целосно губење на физиолошката активност. Овие ензими вклучуваат на специфични ензими.
Примери за такви соединенија се хлорофил, полифенил оксидаза, витамин Б12, хемоглобин и некои металоензими (специфични ензими). Неколку ензими се вклучени само во една специфична или единечна реакција.
Каталитичките својства на повеќето ензими се одредени од активниот центар формиран од различни микроелементи. Ензимите се синтетизираат за времетраењето на функцијата. Металниот јон делува како активатор и може да се замени со друг метален јон без губење на физиолошката активност на ензимот. Овие се класифицирани како неспецифични ензими.
Подолу се дадени ензими во кои различни метални јони вршат слични функции.
Табела 7. Ензими во кои различни метални јони вршат слични функции
Еден микроелемент може да активира различни ензими, а еден ензим може да се активира од различни елементи во трагови. Ензимите со микроелементи во иста оксидациска состојба +2 имаат најголема сличност во биолошкото дејство. Како што може да се види, микроелементите на преодните елементи во нивното биолошко дејство се карактеризираат со поголема хоризонтална сличност отколку вертикална сличност во периодичниот систем на Д.И. Менделеев (во серијата Ti-Zn, кога се одлучува за употреба на одреден микроелемент, неопходно е да се земе предвид не само присуството на мобилни форми на овој елемент, туку и други кои имаат иста состојба на оксидација и можат да ги заменат). едни со други во составот на ензими.
Некои металоензими заземаат средна позиција помеѓу специфичните и неспецифичните ензими. Металните јони делуваат како кофактор. Зголемувањето на јачината на ензимскиот биокомплекс ја зголемува специфичноста на неговото биолошко дејство. Ефикасноста на ензимското дејство на металниот јон на ензимот е под влијание на неговата оксидациона состојба. Според интензитетот на нивното влијание, микроелементите се распоредени во следниот ред:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+. Јонот Mn 3+, за разлика од јонот Mn 2+, е многу цврсто врзан за протеините и главно со групи што содржат кислород, заедно Fe 3+ е дел од металопротеините.
Микроелементите во комплексонатна форма делуваат во телото како фактор кој очигледно ја одредува високата чувствителност на клетките на микроелементи преку нивното учество во создавањето на градиент со висока концентрација. Вредностите на атомските и јонските радиуси, енергиите на јонизација, координативните броеви и тенденцијата за формирање врски со истите елементи во молекулите на биолигандите ги одредуваат ефектите забележани при меѓусебната замена на јоните: може да се појават со зголемување на (синергија) и со инхибиција на нивната биолошка активност (антагонизам)елемент што се заменува. Јоните на d-елементите во +2 оксидациона состојба (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) имаат слични физичко-хемиски карактеристики на атомите (електронска структура на надворешното ниво, слични јонски радиуси, тип на орбитална хибридизација, слични вредности на константи на стабилност со биолиганди). Сличноста на физичко-хемиските карактеристики на комплексниот агенс ја одредува сличноста на нивното биолошко дејство и заменливост. Горенаведените преодни елементи ги стимулираат хематопоетските процеси и ги подобруваат метаболичките процеси. Синергизмот на елементите во процесите на хематопоеза е веројатно поврзан со учеството на јоните на овие елементи во различни фази на процесот на синтеза на формираните елементи на човечката крв.
С - елементите од групата I се карактеризираат, во споредба со другите елементи од нивниот период, со мало полнење на атомски јадра, низок потенцијал на јонизација на валентни електрони, голема атомска големина и нејзино зголемување во групата од врвот до дното. Сето ова ја одредува состојбата на нивните јони во водени раствори во форма на хидрирани јони. Најголемата сличност помеѓу литиумот и натриумот ја одредува нивната заменливост и синергетско дејство. Деструктивните својства во водените раствори на јоните на калиум, рубидиум и цезиум обезбедуваат нивна подобра мембранска пропустливост, заменливост и синергизам на нивното дејство. Концентрацијата на K + внатре во клетките е 35 пати поголема отколку надвор од неа, а концентрацијата на Na + во екстрацелуларната течност е 15 пати поголема отколку внатре во клетката. Овие јони се антагонисти во биолошките системи. s - Елементите од II група се наоѓаат во телото во форма на соединенија формирани од фосфорни, јаглеродни и карбоксилни киселини. Калциумот, содржан главно во коскеното ткиво, е сличен по својствата на стронциумот и бариумот, кои можат да го заменат во коските. Во овој случај, се забележуваат и двата случаи на синергизам и антагонизам. Калциумовите јони се исто така антагонисти на јоните на натриум, калиум и магнезиум. Сличноста на физичко-хемиските карактеристики на јоните Be 2+ и Mg 2+ ја одредува нивната заменливост во соединенијата што содржат Mg–N и Mg–O врски. Ова може да ја објасни инхибицијата на ензимите што содржат магнезиум кога берилиумот влегува во телото. Берилиумот е антагонист на магнезиумот. Следствено, физичко-хемиските својства и биолошките ефекти на микроелементите се одредуваат според структурата на нивните атоми. Повеќето биогени елементи се членови на вториот, третиот и четвртиот период од периодичниот систем на Д.И. Менделеев. Овие се релативно лесни атоми, со релативно мал полнеж на јадрата на нивните атоми.
2. 4. 2. Улогата на соединенијата на преодните елементи во преносот на електрони во живите системи.
Во жив организам, многу процеси имаат цикличен карактер сличен на бранови. Хемиските процеси кои се во основата на нив мора да бидат реверзибилни. Реверзибилноста на процесите се одредува со интеракцијата на термодинамичките и кинетичките фактори. Реверзибилните реакции вклучуваат оние со константи од 10 -3 до 10 3 и со мала вредност од DG 0 и DE 0 на процесот. Под овие услови, концентрациите на почетните супстанции и производите на реакцијата можат да бидат во споредливи концентрации, а со нивна промена во одреден опсег може да се постигне реверзибилност на процесот. Од кинетичка гледна точка, треба да има ниски вредности на енергијата за активирање. Затоа, металните јони (железо, бакар, манган, кобалт, молибден, титаниум и други) се погодни носители на електрони во живите системи. Додавањето и донирањето на електрон предизвикува промени само во електронската конфигурација на металниот јон, без значајна промена на структурата на органската компонента на комплексот. Единствена улога во живите системи им е доделена на два редокс системи: Fe 3+ /Fe 2+ и Cu 2+ /Cu +. Биолигандите во поголема мера ја стабилизираат оксидираната форма во првиот пар, а претежно редуцираната форма во вториот пар. Затоа, во системите што содржат железо, формалниот потенцијал е секогаш помал, а кај системите што содржат бакар, често е поголем Редокс системите што содржат бакар и железо покриваат широк опсег на потенцијали, што им овозможува да комуницираат со многу супстрати, придружени со умерени. промени во DG 0 и DE 0, што ги исполнува условите на реверзибилност. Важен чекор во метаболизмот е апстракција на водород од хранливи материи. Атомите на водород потоа се трансформираат во јонска состојба, а електроните одвоени од нив влегуваат во респираторниот синџир; во овој синџир, движејќи се од едно во друго соединение, тие ја даваат својата енергија за формирање на еден од главните извори на енергија, аденозин трифосфорна киселина (АТП), и самите на крајот достигнуваат молекула на кислород и се приклучуваат кон неа, формирајќи молекули на вода. . Мостот по кој осцилираат електроните се сложени соединенија на железо со порфиринско јадро, слично во составот на хемоглобинот.
Голема група на ензими што содржат железо кои го катализираат процесот на пренос на електрони во митохондриите се нарекуваат цитохроми(ts.kh.), Вкупно се познати околу 50 цитохроми. Цитохромите се железни порфирини во кои сите шест орбитали на железниот јон се окупирани од донорски атоми, биолиганд. Разликата помеѓу цитохромите е само во составот на страничните синџири на порфиринскиот прстен. Варијациите во структурата на биолигандот се предизвикани од разликите во големината на формалните потенцијали. Сите клетки содржат најмалку три протеини со слична структура, наречени цитохроми a, b, c. Во цитохром c, врската со остаток на хистидин на полипептидниот синџир се јавува преку јадрото на порфиринот.
Еден од механизмите на функционирање на цитохромите, кои сочинуваат една од алките во синџирот на транспорт на електрони, е преносот на електрон од една подлога на друга.
Од хемиска гледна точка, цитохромите се соединенија кои покажуваат двојност на редокс под реверзибилни услови.
Трансферот на електрони со цитохром c е придружен со промена на оксидационата состојба на железото:
в. X. Fe 3+ + e «c.xFe 2+
Кислородните јони реагираат со водородните јони во околината за да формираат вода или водороден пероксид. Пероксидот брзо се разложува со специјален ензим каталаза во вода и кислород според следната шема:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
Ензимот пероксидаза ги забрзува реакциите на оксидација на органските материи со водород пероксид според следната шема:
Овие ензими имаат хем во нивната структура, во чиј центар има железо со состојба на оксидација од +3 (Дел 2 7.7).
Во синџирот за транспорт на електрони, цитохромот c пренесува електрони во цитохроми наречени цитохром оксидази. Тие содржат бакарни јони. Цитохром е носител на еден електрон. Присуството на бакар во еден од цитохромите заедно со железо го претвора во носач со два електрони, што овозможува да се регулира брзината на процесот.
Бакарот е дел од важен ензим - супероксид дисмутаза (SOD), кој го користи токсичниот супероксид јон O2- во телото преку реакцијата.
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
Водород пероксид се распаѓа во телото под дејство на каталаза.
Во моментов се познати околу 25 ензими кои содржат бакар. Тие формираат група на оксигенази и хидроксилази. Составот и механизмот на нивното дејство се опишани во работата (2, дел 7.9.).
Комплексите на преодните елементи се извор на микроелементи во биолошки активна форма со висока мембранска пропустливост и ензимска активност. Тие се вклучени во заштитата на телото од „оксидативен стрес“. Ова се должи на нивното учество во искористувањето на метаболичките производи кои го одредуваат неконтролираниот процес на оксидација (пероксиди, слободни радикали и други видови активни кислород), како и во оксидацијата на супстратите. Механизмот на реакцијата на слободните радикали на оксидација на подлогата (RH) со водород пероксид со учество на железен комплекс (FeL) како катализатор може да се претстави со шеми на реакција.
RH + . OH ® R. + H2O; Р. + FeL ® R + + FeL
Подлога
R + + OH - ® ROH
Оксидирана подлога
Понатамошното појавување на радикалната реакција доведува до формирање на производи со повисок степен на хидроксилација. Другите радикали дејствуваат слично: HO 2. , О 2 . , . О 2 - .
2. 5. Општи карактеристики на p-блок елементи
Се повикуваат елементите во кои е завршено p-поднивото на надворешното валентно ниво p-елементи. Електронска структура на ns 2 p 1-6 валентно ниво. Валентните електрони се поднивоа s и p.
Табела 8. Положба на p-елементите во периодниот систем на елементи.
| Период | Група | |||||
| IIIA | IVA | В.А. | ПРЕКУ | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (О) | (F) | Не | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ар | |||
| Га | Кр | |||||
| Во | Сн | Сб | Те | (јас) | Xe | |
| Тл | Pb | Би | По | На | Rn | |
| стр 1 | стр 2 | стр 3 | стр 4 | стр 5 | R 6 | |
| () - суштински елементи, - биогени елементи |
Во периоди од лево кон десно, полнењето на јадрата се зголемува, чие влијание преовладува над зголемувањето на силите на меѓусебно одбивање помеѓу електроните. Затоа, потенцијалот за јонизација, афинитетот на електроните и, следствено, капацитетот на акцепторот и неметалните својства се зголемуваат во периоди. Сите елементи што лежат на Br - На дијагонала и погоре се неметали и формираат само ковалентни соединенија и анјони. Сите други p-елементи (со исклучок на индиум, талиум, полониум, бизмут, кои покажуваат метални својства) се амфотерни елементи и формираат и катјони и анјони, од кои и двата се високо хидролизирани. Повеќето неметални п-елементи се биогени (исклучоци се благородните гасови, телуриумот и астатинот). Од п-елементите - метали - само алуминиумот е класифициран како биоген. Разлики во својствата на соседните елементи, и внатре; и по период: тие се изразуваат многу посилно од оние на s-елементите. п-елементи од вториот период - азот, кислород, флуор имаат изразена способност да учествуваат во формирањето на водородни врски. Елементите од третиот и следните периоди ја губат оваа способност. Нивната сличност лежи само во структурата на надворешните електронски обвивки и оние валентни состојби кои се јавуваат поради неспарените електрони во невозбудените атоми. Борот, јаглеродот и особено азотот се многу различни од другите елементи на нивните групи (присуство на d- и f-поднивоа).
Сите p-елементи, а особено p-елементите од вториот и третиот период (C, N, P, O, S, Si, Cl) формираат бројни соединенија едни со други и со s-, d- и f-елементи. Повеќето од соединенијата познати на Земјата се соединенија на p-елементи. Петте главни (макробиогени) п-елементи на животот - O, P, C, N и S - се главниот градежен материјал од кој се составени молекулите на протеини, масти, јаглени хидрати и нуклеински киселини. Од нискомолекуларните соединенија на p-елементите, најголемо значење имаат оксоанјоните: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- и халидни јони. p-елементите имаат многу валентни електрони со различни енергии. Затоа, соединенијата покажуваат различни степени на оксидација. На пример, јаглеродот покажува различни состојби на оксидација од -4 до +4. Азот - од -3 до +5, хлор - од -1 до +7.
За време на реакцијата, p-елементот може да донира и прифати електрони, односно да делува како редукционо или оксидирачко средство, во зависност од својствата на елементот со кој комуницира. Ова доведува до широк спектар на соединенија формирани од нив. Меѓусебната транзиција на атомите на p-елементи со различни состојби на оксидација, вклучително и поради метаболичките редокс процеси (на пример, оксидацијата на група на алкохол во нивната алдехидна група, а потоа во карбоксилна група, и така натаму) предизвикува богатство од нивните хемиски трансформации.
Јаглеродното соединение покажува оксидирачки својства ако, како резултат на реакцијата, јаглеродните атоми го зголемуваат бројот на неговите врски со атоми на помалку електронегативни елементи (метал, водород), бидејќи, со привлекување на заеднички електрони на врската, јаглеродниот атом ја намалува својата оксидациска состојба.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
Прераспределбата на електроните помеѓу оксидирачкиот агенс и редукциониот агенс во органските соединенија може да биде придружена само со поместување на вкупната електронска густина на хемиската врска до атомот кој дејствува како оксидирачки агенс. Во случај на силна поларизација, оваа врска може да се прекине.
Фосфатите во живите организми служат како структурни компоненти на скелетот, клеточните мембрани и нуклеинските киселини. Коскеното ткиво е изградено главно од хидроксиапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH. Основата на клеточните мембрани се фосфолипидите. Нуклеинските киселини се состојат од синџири на рибоза или деоксирибоза фосфат. Покрај тоа, полифосфатите се главниот извор на енергија.
Во човечкото тело, NO нужно се синтетизира со користење на ензимот NO синтаза од амино киселината аргинин. Животниот век на NO во клетките на телото е од редот на секунда, но нивното нормално функционирање не е можно без NO. Ова соединение обезбедува: релаксација на мазните мускули на васкуларните мускули, регулирање на работата на срцето, ефективно функционирање на имунолошкиот систем, пренос на нервни импулси. Се верува дека НЕ игра важна улога во учењето и меморијата.
Редокс реакциите во кои учествуваат п-елементите се во основата на нивниот токсичен ефект врз телото. Токсичниот ефект на азотните оксиди е поврзан со нивната висока редокс способност. Нитратите кои влегуваат во храната се сведуваат на нитрити во телото.
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
Нитритите имаат високо токсични својства. Тие го претвораат хемоглобинот во метхемоглобин, кој е производ на хидролиза и оксидација на хемоглобинот.
Како резултат на тоа, хемоглобинот ја губи својата способност да транспортира кислород до клетките на телото. Во телото се развива хипоксија. Покрај тоа, нитритите, како соли на слаба киселина, реагираат со хлороводородна киселина во гастричната содржина, формирајќи азотна киселина, која, со секундарните амини, формира канцерогени нитрозамини:
Биолошкиот ефект на високомолекуларните органски соединенија (аминокиселини, полипептиди, протеини, масти, јаглени хидрати и нуклеински киселини) се одредува со атоми (N, P, S, O) или формирани групи на атоми (функционални групи), во кои тие дејствуваат како хемиски активни центри, донатори електронски парови способни да формираат координативни врски со метални јони и органски молекули. Следствено, p-елементите формираат полидентатни хелатни соединенија (амино киселини, полипептиди, протеини, јаглени хидрати и нуклеински киселини). Тие се карактеризираат со сложени реакции на формирање, амфотерни својства и реакции на анјонска хидролиза. Овие својства го одредуваат нивното учество во основните биохемиски процеси и во обезбедувањето состојба на изохидричност. Тие формираат протеински, фосфат, водород карбонат пуферски системи. Учествувајте во транспортот на хранливи материи, метаболички производи и други процеси.
3. 1. Улогата на живеалиштето. Хемија на атмосферското загадување. Улогата на лекарот во заштитата на животната средина и здравјето на луѓето.
А.П. Виноградов покажа дека површината на земјата е хетерогена по хемиски состав. Растенијата и животните, како и луѓето, лоцирани во различни зони, користат хранливи материи со различен хемиски состав и на тоа реагираат со одредени физиолошки реакции и одреден хемиски состав на телото. Ефектите предизвикани од микроелементите зависат од нивното внесување во организмот. Концентрациите на биометалите во организмот при неговото нормално функционирање се одржуваат на строго дефинирано ниво (биотска доза) со помош на соодветни протеини и хормони. Резервите на биометали во телото систематски се надополнуваат. Тие се содржани во доволни количини во храната што ја јадеме. Хемискиот состав на растенијата и животните кои се користат за храна влијае на телото.
Интензивното индустриско производство доведе до загадување на природната средина со „штетни“ материи, вклучително и соединенија на преодни елементи. Во природата, постои интензивна прераспределба на елементите во биогеохемиските провинции. Главниот пат (до 80%) на нивното влегување во организмот е нашата храна. Имајќи го предвид антропогеното загадување на животната средина, неопходно е да се преземат радикални мерки за санација на животната средина и луѓето кои живеат во неа. Овој проблем во многу европски земји е ставен пред проблемите на економскиот раст и е меѓу приоритетите. Во последниве години се зголеми ослободувањето на различни загадувачи. Прогнозата за индустриски развој ни овозможува да заклучиме дека количината на емисии и загадувачи на животната средина ќе продолжи да се зголемува.
Се нарекуваат реални зони во кои циклусот на елементи се јавува како резултат на животна активност екосистемиили, како што го нарече академик В.Н. Сукачев, биогеоценози. Луѓето се составен дел од екосистемите на нашата планета. Во неговите животни активности, едно лице може да го наруши текот на природниот биоген циклус. Многу индустрии ја загадуваат животната средина. Според учењето на В.И. Вернадски, се нарекува лушпата на нашата планета, изменета од човечката економска активност ноосфера. Ја покрива целата биосфера и ги надминува нејзините граници (стратосфера, длабоки рудници, бунари итн.). Главната улога во ноосферата ја игра техногената миграција на елементите - техногенезата. Истражувањето на геохемијата на ноосферата е теоретска основа за рационално користење на природните ресурси и борба против загадувањето на животната средина. Гасовитите, течните и цврстите загадувања на животната средина формираат токсични аеросоли (магла, чад) во приземниот слој на атмосферата. Кога атмосферата е загадена со сулфур диоксид, висока влажност и без температура, се формира токсичен смог. Главната штета на животната средина е предизвикана од производите на оксидација SO 2, SO 3 и киселините H 2 SO 3 и H 2 SO 4. Како резултат на емисиите на сулфур оксид и азот, во индустриските региони се забележуваат „кисели“ дождови. Дождовницата која содржи високи концентрации на водородни јони може да исцеди токсични метални јони:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H2O
Кога работи мотор со внатрешно согорување, се ослободуваат азотни оксиди, чиј производ на конверзија е озон:
N 2 + O 2 « 2NO (во цилиндерот на моторот)
Од голема грижа за општеството се еколошките проблеми, чија хемиска суштина е да се заштити биосферата од вишокот на јаглеродни оксиди и метан, кои создаваат „ефект на стаклена градина“, сулфур и азотни оксиди, што доведува до „кисели дождови“; халогени деривати (хлор, флуор) на јаглеводороди кои го нарушуваат „озонскиот штит на Земјата“; канцерогени материи (полиароматски јаглеводороди и производи од нивно нецелосно согорување) и други производи. Во денешно време не само проблемот со заштитата на животната средина, туку и заштитата на внатрешната средина станува актуелен. Бројот на супстанции кои влегуваат во жив организам кои се туѓи, туѓи за животот и наречени ксенобиотици. Според Светската здравствена организација, ги има околу 4 милиони Тие влегуваат во телото со храна, вода и воздух, како и во форма на лекови (дозирани форми).
Тоа се должи на ниската култура на производителите и потрошувачите на хемикалии кои немаат професионално хемиско знаење. Навистина, само непознавањето на својствата на супстанциите и неможноста да се предвидат последиците од нивната прекумерна употреба може да предизвика непоправливи загуби на природата, чиј составен елемент е човекот. Навистина, до денес, некои производители, па дури и медицински работници, се споредуваат со мелничарот на Булгаков, кој сакаше веднаш да се опорави од маларија со неверојатна (шок) доза кинин, но немаше време - тој умре. Улогата на различни хемиски елементи во загадувањето на животната средина и појавата на болести, вклучувајќи ги и професионалните, сè уште е недоволно проучена. Неопходно е да се анализира влезот на различни супстанции во животната средина како резултат на човековата активност, начините на кои тие влегуваат во човечкото тело, растенијата, нивната интеракција со живите организми на различни нивоа и да се развие систем на ефективни мерки насочени кон спречување натамошно загадување на животната средина и создавање на неопходни биолошки средства за заштита на внатрешната средина на телото. Од медицинските работници се бара да учествуваат во развојот и спроведувањето на технички, превентивни, санитарни, хигиенски и терапевтски мерки.
3.2 Биохемиски провинции. Ендемични болести.
Се нарекуваат зони во кои животните и растенијата се карактеризираат со одреден хемиски елементарен состав биогеохемиски провинции.Биогеохемиските провинции се таксони од трет ред на биосферата - територии со различни големини во подрегиони на биосферата со постојани карактеристични реакции на организмите (на пример, ендемични болести). Постојат два вида биогеохемиски провинции - природни и техногени, кои произлегуваат од развојот на рудни наоѓалишта, емисиите од металуршката и хемиската индустрија и употребата на ѓубрива во земјоделството. Потребно е да се обрне внимание на улогата на микроорганизмите во создавањето на геохемиските карактеристики на животната средина. Недостатокот и вишокот на елементи може да доведе до формирање на биогеохемиски провинции, предизвикани и од недостаток на елементи (јод, флуор, калциум, бакар, итн. провинции) и од нивниот вишок (бор, молибден, флуор, бакар итн.). Проблемот со дефицитот на бром во континенталните региони, планинските региони и вишокот на бром во крајбрежните и вулканските предели е интересен и важен. Во овие региони, еволуцијата на централниот нервен систем продолжи квалитативно поинаку. Биогеохемиска провинција на карпи збогатени со никел е откриена на Јужниот Урал. Се карактеризира со грди форми на треви и болести на овците поврзани со висока содржина на никел во околината.
Корелацијата на биогеохемиските провинции со нивната еколошка состојба овозможи да се идентификуваат следните територии: а) со релативно задоволителна еколошка состојба - (зона на релативна благосостојба);б) со реверзибилни, ограничени и во повеќето случаи отстранливи прекршувања на животната средина - (зона на ризик за животната средина); в) со доволно висок степен на неповолност забележан во текот на долг период на голема територија, чие отстранување бара значителни трошоци и време - (зона на еколошка криза); г) со многу висок степен на еколошка неволја, практично неповратна еколошка штета што има јасна локализација -( зона на еколошка катастрофа).
Врз основа на факторот на влијание, неговото ниво, времетраењето на дејството и областа на дистрибуција, следните природно-техногени биогеохемиски провинции се идентификувани како ризични и кризни зони:
1. полиметални (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) со доминантни асоцијации Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn, вклучувајќи:
· збогатен со бакар (Јужен Урал, Башкортостан, Норилск, Медногорск);
· збогатен со никел (Норилск, Мончегорск, Никел, Полјарни, Тува, Јужен Урал);
· збогатен со олово (Алтај, Кавказ, Трансбајкалија);
· збогатен со флуор (Кировск, Краснојарск, Братск);
· со висока содржина на ураниум и радионуклиди во животната средина (Трансбајкалија, Алтај, Јужен Урал).
2. биогеохемиски провинции со недостатоци на микроелементи (Se, I, Cu, Zn и др.).
Хемијата на животната средина е наука за хемиските процеси кои ја одредуваат состојбата и својствата на животната средина - атмосферата, хидросферата и почвите.
Филијала на хемијата посветена на проучување на хемиските основи на појавите и проблемите на животната средина, како и процесите на формирање на хемиските својства и составот на еколошките објекти.
Хемијата на животната средина ги проучува и природните хемиски процеси што се случуваат во животната средина и процесот на нејзиното антропогено загадување.
Антропогеното загадување на животната средина има значително влијание врз здравјето на растенијата и животните. Годишното производство на вегетација на светското копно пред неговото пореметување од луѓето изнесувало близу 172х109 тони сува материја. Како резултат на влијанието, неговото природно производство сега е намалено за најмалку 25%. Во публикациите на В.В. Ермакова (1999), Ју.М. Захарова (2003), И.М. Доник (1997), М.С. Панин (2003) и други покажуваат зголемена агресивност на антропогените влијанија врз животната средина (ЕА) кои се случуваат на териториите на развиените земји.
В.А. Ковда обезбеди податоци за врската помеѓу природните биогеохемиски циклуси и антропогениот придонес во природните процеси, оттогаш, техногените текови се зголемија. Според неговите податоци, биогеохемиските и техногените текови на биосферата се проценуваат според следните вредности:
Според Светската здравствена организација (СЗО), од повеќе од 6 милиони познати хемиски соединенија, се користат до 500 илјади, од кои 40 илјади имаат својства штетни за луѓето, а 12 илјади се токсични. До 2009 година, потрошувачката на минерални и органски суровини нагло се зголеми и достигна 40-50 илјади тони по жител на Земјата. Според тоа, обемот на индустриски, земјоделски и отпад од домаќинствата се зголемува. Во 21 век, антропогеното загадување го доведе човештвото на работ на еколошка катастрофа. Затоа, анализата на еколошката состојба на руската биосфера и потрагата по начини за еколошка рехабилитација на нејзината територија се многу релевантни.
Во моментов, претпријатијата во рударската, металуршката, хемиската, дрвната, енергетската, градежните материјали и другите индустрии на Руската Федерација годишно создаваат околу 7 милијарди тони отпад. Искористени се само 2 милијарди тони или 28% од вкупниот волумен. Во овој поглед, само околу 80 милијарди тони цврст отпад се акумулирани во депониите и капацитетите за складирање на тиња во земјата. Годишно се отуѓуваат околу 10 илјади хектари земјиште погодно за земјоделство за депонии за нивно складирање. Најголемо количество отпад се создава при екстракција и збогатување на суровините. Така, во 2005 година, обемот на откривката, придружните карпи и отпадот од збогатување во различни индустрии изнесуваше 3100 и 1200 милиони m3, соодветно. Големо количество отпад се создава при бербата и преработката на дрвените суровини. На местата за сеча, отпадот сочинува до 46,5% од вкупниот волумен на отстрането дрво. Кај нас годишно се создава повеќе од 200 милиони m3 дрвен отпад. Нешто помалку отпад се произведува во претпријатијата од црна металургија: во 2004 година, производството на огнена течна згура изнесуваше 79,7 милиони тони, вклучувајќи 52,2 милиони тони високи печки, 22,3 милиони тони производство на челик и 4,2 милиони тони феролегури. Во светот, годишно се топат приближно 15 пати помалку обоени метали од црните метали.
Меѓутоа, при производството на обоени метали во процесот на збогатување на рудата, на 1 тон концентрати се формираат од 30 до 100 тони дробена јаловина, а при топење на руда на 1 тон метал - од 1 до 8 тони згура. , тиња и друг отпад.
Секоја година, хемиската, прехранбената, минералните ѓубрива и другите индустрии произведуваат повеќе од 22 милиони тони отпад што содржи гипс и околу 120-140 милиони тони отпадна вода тиња (суви), од кои околу 90% се добиваат со неутрализирање на индустриските отпадни води. Повеќе од 70% од купиштата отпад во Кузбас се класифицирани како горење. На растојание од неколку километри од нив, концентрациите на SO2, CO и CO2 во воздухот се значително зголемени. Концентрацијата на тешки метали во почвите и површинските води нагло се зголемува, а во областите на рудниците за ураниум - радионуклиди. Рударството во отворен коп води до нарушувања на пределот кои се споредливи по обем со последиците од големи природни катастрофи. Така, во областа на рудното работење во Кузбас, се формираа бројни синџири на длабоки (до 30 m) дефекти, кои се протегаат на повеќе од 50 km, со вкупна површина до 300 km2 и волумени на дефекти од повеќе од 50 милиони м3.
Во моментов, огромни површини се окупирани од цврст отпад од термоелектраните: пепел, згура, сличен по состав на металуршкиот отпад. Нивното годишно производство достигнува 70 милиони тони. Степенот на нивната употреба е во рамките на 1-2%. Според Министерството за природни ресурси на Руската Федерација, вкупната површина на земјиште окупирана од отпад од различни индустрии генерално надминува 2000 km2.
Годишно во светот се произведуваат повеќе од 40 милијарди тони сурова нафта, од кои околу 50 милиони тони нафта и нафтени деривати се губат при производство, транспорт и преработка. Нафтата се смета за еден од најраспространетите и најопасните загадувачи во хидросферата, бидејќи околу една третина од неа се произведува на континенталниот гребен. Вкупната маса на нафтени продукти кои влегуваат во морињата и океаните годишно се проценува приближно на 5-10 милиони тони.
Според НПО Енергостал, степенот на прочистување на отпадните гасови од прашината од црната металургија надминува 80%, а степенот на искористеност на производите за цврсто искористување е само 66%.
Истовремено, стапката на искористеност на прашина и згура што содржи железо е 72%, додека за други видови прашина е 46%. Речиси сите претпријатија од металуршки и термоелектрани не ги решаваат прашањата за чистење на агресивни гасови со низок процент на сулфур. Емисиите на овие гасови изнесуваат 25 милиони тони. Емисиите на гасови што содржат сулфур во атмосферата само од пуштањето во употреба на пречистителни станици на 53 енергетски единици во земјата во периодот од 2005 до 2010 година се намалени од 1,6 на 0,9 милиони тони. Прашањата за неутрализација на галванските решенија се слабо решени. Уште побавно се прашањата во врска со отстранувањето на отпадот што се создава при неутрализација и преработка на потрошените раствори за офорт, растворите за хемиско производство и отпадните води. Во руските градови, до 90% од отпадните води се испуштаат во реки и акумулации во нетретирана форма. Во моментов, развиени се технологии кои овозможуваат претворање на токсичните материи во нискотоксични, па дури и биолошки активни, кои можат да се користат во земјоделството и другите индустрии.
Современите градови испуштаат околу 1.000 соединенија во атмосферата и во водната средина. Моторниот транспорт зазема едно од водечките места во урбаното загадување на воздухот. Во многу градови, издувните гасови сочинуваат 30%, а во некои - 50%. Во Москва, околу 96% од CO, 33% од NO2 и 64% од јаглеводородите влегуваат во атмосферата преку моторен транспорт.
Врз основа на факторите на влијание, нивното ниво, времетраењето на дејството и областа на дистрибуција, природно-техногените биогеохемиски провинции на Урал се класифицирани како територии со најголем степен на еколошка неволја. Во текот на изминатите години, Урал зазема водечка позиција во количината на вкупни емисии на штетни материи во атмосферата. Според А.А. Малигина, Урал е на прво место во Русија за загадување на воздухот и водите, а на второ место по загадување на почвата.
Урал е еден од најголемите производители на црни метали во земјата. Во него има 28 металуршки претпријатија. За да им се обезбедат суровини, во регионот работат повеќе од 10 рударски и преработувачки претпријатија. Почнувајќи од 2003 година, металуршките претпријатија во регионот акумулирале околу 180 милиони тони згура од високи печки, 40 милиони тони згура за производство на челик и повеќе од 20 милиони тони згура за производство на ферохром, како и значително количество прашина и тиња. Воспоставена е можноста за рециклирање на отпадот во различни градежни материјали за потребите на националната економија.
Над 2,5 милијарди м3 различни карпи, 250 милиони тони згура и пепел од термоелектраните се акумулирани во депониите во регионот. Од вкупниот волумен на откривката, само 3% се обработуваат. Во металуршките претпријатија, од 14 милиони тони годишно произведена згура, се користат само 40-42% од кои 75% е згура од високи печки, 4% е топење челик, 3% е феролегура и 17% е згура од обоена металургија. , а пепелта од термоцентралата е само околу 1%.
Нарушувањето на хомеостазата на микро- и макроелементите во телото се одредува со природно и вештачко загадување на биосферата, што доведува до формирање на широки области на вештачки микроелементи околу територијално-индустриските комплекси. Здравјето не страда само на луѓето директно вклучени во производниот процес, туку и на оние кои живеат во близина на претпријатијата. Како по правило, тие имаат помалку изразена клиничка слика и можат да земат латентна форма на одредени патолошки состојби. Се покажа дека во близина на индустриските претпријатија лоцирани во градот меѓу населените места, концентрациите на олово ги надминуваат вредностите во позадина за 14-50 пати, цинкот за 30-40 пати, хромот за 11-46 пати и никелот за 8-63 пати. .
Анализата на еколошката и хемиската состојба и здравствената состојба на населението на Урал овозможи да се утврди дека, во однос на нивото на загадување, припаѓа на „зони на вонредна состојба во животната средина“. Очекуваниот животен век е 4-6 години помалку во споредба со слични показатели во Русија.
Жителите кои подолго време живеат во услови на природно и вештачко загадување се изложени на ненормални концентрации на хемиски елементи кои имаат забележливо влијание врз организмот. Една од манифестациите е промена во составот на крвта, чија причина е нарушување на снабдувањето со железо и микроелементи (Cu, Co) во телото, поврзано и со нивната ниска содржина во храната и со високата содржина на соединенија во храната кои ја спречуваат апсорпцијата на железото во гастроинтестиналниот тракт.
При следење на биолошките и хемиските параметри во 56 фарми во различни региони на Урал, условно беа идентификувани пет варијанти на територии, кои се разликуваат во еколошките карактеристики:
- * територии загадени со емисии од големите индустриски претпријатија;
- * територии контаминирани поради активностите на претпријатијата со долготрајни радионуклиди - стронциум-90 и цезиум-137 (радиактивна трага на Источен Урал - EURT);
- * територии кои имаат притисок од индустриски претпријатија и во исто време се наоѓаат во зоната ЕУРТ;
- * геохемиски провинции со висока природна содржина на тешки метали (Zn, Cu, Ni) во почвата, водата, како и абнормални концентрации на радон-222 во воздухот и водата на земјата;
- * територии кои се релативно поволни во еколошка смисла, ослободени од индустриски претпријатија
Еколошки аспекти на хемијата на елементите
Микроелементи и ензими. Вовед во металоензими. Специфични и неспецифични ензими. Улогата на металните јони во ензимите. Хоризонтална сличност во биолошкото дејство на d-елементите Синергија и антагонизам на елементите.
Склоност на јоните на d-елементот кон хидролиза и полимеризација
Во кисели средини, јоните на d-елементот се во форма на хидрирани јони [M(H 2 O) m ] n+. Со зголемување на pH вредноста, хидрираните јони на многу d-елементи, поради нивниот голем полнеж и малата големина на јоните, имаат висок поларизирачки ефект врз молекулите на водата, способност за прифаќање на јони на хидроксид, подлежат на катјонска хидролиза и формираат силни ковалентни врски со OH - . Процесот завршува или со формирање на базни соли [M(OH) m] (m-n)+, или нерастворливи хидроксиди M(OH) n, или хидрокс комплекси [M(OH) m] (n-m)-. Процесот на хидролитичка интеракција може да се случи со формирање на мултинуклеарни комплекси како резултат на реакцијата на полимеризација.
2. 4. Биолошка улога на d-елементи (преодни елементи)
Елементите, чија содржина не надминува 10 -3%, се дел од ензими, хормони, витамини и други витални соединенија. За метаболизмот на протеини, јаглени хидрати и масти се потребни: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; Следниве се вклучени во синтезата на протеините: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr во хематопоезата - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; во здив - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn и Co. Поради оваа причина, микроелементите нашле широка употреба во медицината, како микроѓубрива за полските култури и како ѓубрива во сточарството, живината и одгледувањето риби. Микроелементите се дел од голем број биорегулатори на живите системи, кои се базираат на биокомплекси. Ензимите се специјални протеини кои делуваат како катализатори во биолошките системи. Ензимите се единствени катализатори со ненадмината ефикасност и висока селективност. Пример за ефикасноста на реакцијата на распаѓање на водород пероксид 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 во присуство на ензими е даден во Табела 6.
Табела 6. Енергија на активирање (E o) и релативната брзина на реакцијата на распаѓање на H 2 O 2 во отсуство и присуство на различни катализатори
Денес се познати повеќе од 2.000 ензими, од кои многу катализираат една реакција. Активноста на голема група ензими се манифестира само во присуство на одредени непротеински соединенија наречени кофактори. Металните јони или органските соединенија делуваат како кофактори. Околу една третина од ензимите се активираат од преодните метали.
Металните јони во ензимите извршуваат голем број функции: тие се електрофилна група на активниот центар на ензимот и ја олеснуваат интеракцијата со негативно наелектризираните области на молекулите на подлогата, тие формираат каталитички активна конформација на структурата на ензимот (при формирање на спирален структурата на РНК, учествуваат јони на цинк и манган) и учествуваат во транспортот на електрони (комплекси за пренос на електрони). Способноста на металниот јон да ја врши својата улога во активното место на соодветниот ензим зависи од способноста на металниот јон да формира комплекси, геометријата и стабилноста на формираниот комплекс. Ова обезбедува зголемена селективност на ензимот кон супстратите, активирање на врските во ензимот или супстратот преку координација и промена на обликот на подлогата во согласност со стеричните барања на активното место.
Биокомплексите се разликуваат по стабилност. Некои од нив се толку силни што постојано се во телото и извршуваат одредена функција. Во случаи кога врската помеѓу кофакторот и ензимскиот протеин е силна и тешко е да се разделат, тоа се нарекува „протетска група“. Ваквите врски се пронајдени во ензими кои содржат хем-комплекс соединение на железо со дериват на порфин. Улогата на металите во таквите комплекси е многу специфична: неговата замена дури и со елемент сличен по својства доведува до значително или целосно губење на физиолошката активност. Овие ензими вклучуваат на специфични ензими.
Примери за такви соединенија се хлорофил, полифенил оксидаза, витамин Б12, хемоглобин и некои металоензими (специфични ензими). Неколку ензими учествуваат само во една специфична или единечна реакција.
Каталитичките својства на повеќето ензими се одредени од активниот центар формиран од различни микроелементи. Ензимите се синтетизираат за времетраењето на функцијата. Металниот јон делува како активатор и може да се замени со друг метален јон без губење на физиолошката активност на ензимот. Овие се класифицирани како неспецифични ензими.
Подолу се дадени ензими во кои различни метални јони вршат слични функции.
Табела 7. Ензими во кои различни метални јони вршат слични функции
Еден микроелемент може да активира различни ензими, а еден ензим може да се активира од различни елементи во трагови. Ензимите со микроелементи во иста оксидациска состојба +2 имаат најголема сличност во биолошкото дејство. Како што може да се види, микроелементите на преодните елементи во нивното биолошко дејство се карактеризираат со поголема хоризонтална сличност отколку вертикална сличност во периодичниот систем на Д.И. Менделеев (во серијата Ti-Zn кога се одлучува за употреба на одреден микроелемент, исклучително е важно да се земе предвид не само присуството на мобилни форми на овој елемент, туку и други кои имаат иста состојба на оксидација и можат). заменуваат едни со други во составот на ензими.
Некои металоензими заземаат средна позиција помеѓу специфичните и неспецифичните ензими. Металните јони делуваат како кофактор. Зголемувањето на јачината на ензимскиот биокомплекс ја зголемува специфичноста на неговото биолошко дејство. Ефикасноста на ензимското дејство на металниот јон на ензимот е под влијание на неговата оксидациона состојба. Според интензитетот на нивното влијание, микроелементите се распоредени во следниот ред:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+. Јонот Mn 3+, за разлика од јонот Mn 2+, е многу цврсто врзан за протеините и главно со групи што содржат кислород, заедно Fe 3+ е дел од металопротеините.
Микроелементите во комплексонатна форма делуваат во телото како фактор кој очигледно ја одредува високата чувствителност на клетките на микроелементи преку нивното учество во создавањето на градиент со висока концентрација. Вредностите на атомските и јонските радиуси, енергиите на јонизација, координативните броеви и тенденцијата за формирање врски со истите елементи во молекулите на биолигандите ги одредуваат ефектите забележани при меѓусебната замена на јоните: може да се појават со зголемување на (синергија) и со инхибиција на нивната биолошка активност (антагонизам)елемент што се заменува. Јоните на d-елементите во +2 оксидациона состојба (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) имаат слични физичко-хемиски карактеристики на атомите (електронска структура на надворешното ниво, слични јонски радиуси, тип на орбитална хибридизација, слични вредности на константи на стабилност со биолиганди). Сличноста на физичко-хемиските карактеристики на комплексниот агенс ја одредува сличноста на нивното биолошко дејство и заменливост. Горенаведените преодни елементи ги стимулираат хематопоетските процеси и ги подобруваат метаболичките процеси. Синергијата на елементите во процесите на хематопоеза е веројатно поврзана со учеството на јоните на овие елементи во различни фази на процесот на синтеза на формираните елементи на човечката крв.
С - елементите од групата I се карактеризираат, во споредба со другите елементи од нивниот период, со мало полнење на атомски јадра, низок потенцијал на јонизација на валентни електрони, голема атомска големина и нејзино зголемување во групата од врвот до дното. Сето ова ја одредува состојбата на нивните јони во водени раствори во форма на хидрирани јони. Најголемата сличност помеѓу литиумот и натриумот ја одредува нивната заменливост и синергијата на нивното дејство. Деструктивните својства на јоните на калиум, рубидиум и цезиум во водените раствори обезбедуваат нивна подобра мембранска пропустливост, заменливост и синергија на нивното дејство. Концентрацијата на K + внатре во клетките е 35 пати поголема отколку надвор од неа, а концентрацијата на Na + во екстрацелуларната течност е 15 пати поголема отколку внатре во клетката. Овие јони се антагонисти во биолошките системи. s - Елементите од II група се наоѓаат во телото во форма на соединенија формирани од фосфорни, јаглеродни и карбоксилни киселини. Калциумот, содржан главно во коскеното ткиво, е сличен по својствата на стронциумот и бариумот, кои можат да го заменат во коските. Во овој случај, се забележуваат и двата случаи на синергија и антагонизам. Калциумовите јони се исто така антагонисти на јоните на натриум, калиум и магнезиум. Сличноста на физичко-хемиските карактеристики на јоните Be 2+ и Mg 2+ ја одредува нивната заменливост во соединенијата што содржат Mg–N и Mg–O врски. Ова може да ја објасни инхибицијата на ензимите што содржат магнезиум кога берилиумот влегува во телото. Берилиумот е антагонист на магнезиумот. Следствено, физичко-хемиските својства и биолошките ефекти на микроелементите се одредуваат според структурата на нивните атоми. Повеќето биогени елементи се членови на вториот, третиот и четвртиот период од периодичниот систем на Д.И. Менделеева. Овие се релативно лесни атоми, со релативно мал полнеж на јадрата на нивните атоми.
2. 4. 2. Улогата на соединенијата на преодните елементи во преносот на електроните во живите системи.
Во жив организам, многу процеси имаат цикличен карактер сличен на бранови. Хемиските процеси кои се во основата на нив мора да бидат реверзибилни. Реверзибилноста на процесите се одредува со интеракцијата на термодинамичките и кинетичките фактори. Реверзибилните реакции вклучуваат оние со константи од 10 -3 до 10 3 и со мала вредност од DG 0 и DE 0 на процесот. Под овие услови, концентрациите на почетните супстанции и производите на реакцијата можат да бидат во споредливи концентрации, а со нивна промена во одреден опсег може да се постигне реверзибилност на процесот. Од кинетичка гледна точка, треба да има ниски вредности на енергијата за активирање. Поради оваа причина, металните јони (железо, бакар, манган, кобалт, молибден, титаниум и други) се погодни носители на електрони во живите системи. Додавањето и донирањето на електрон предизвикува промени само во електронската конфигурација на металниот јон, без значајна промена на структурата на органската компонента на комплексот. Единствена улога во живите системи им е доделена на два редокс системи: Fe 3+ /Fe 2+ и Cu 2+ /Cu +. Биолигандите во поголема мера ја стабилизираат оксидираната форма во првиот пар, а претежно редуцираната форма во вториот пар. Поради оваа причина, во системите што содржат железо, формалниот потенцијал е секогаш помал, а во системите што содржат бакар, формалниот потенцијал е често поголем, системите за редокс кои содржат бакар и железо покриваат широк опсег на потенцијали, што им овозможува да комуницираат со многу супстрати. придружени со умерени промени во DG 0 и DE 0, што ги исполнува условите за реверзибилност. Важен чекор во метаболизмот е апстракција на водород од хранливи материи. Атомите на водород потоа се трансформираат во јонска состојба, а електроните одвоени од нив влегуваат во респираторниот синџир; во овој синџир, движејќи се од едно во друго соединение, тие ја даваат својата енергија за формирање на еден од основните извори на енергија, аденозин трифосфорна киселина (АТП), а тие самите на крајот достигнуваат молекула на кислород и се здружуваат со неа, формирајќи молекули на вода. . Мостот по кој осцилираат електроните се сложени соединенија на железо со порфиринско јадро, слично во составот на хемоглобинот.
Голема група на ензими што содржат железо кои го катализираат процесот на пренос на електрони во митохондриите обично се нарекуваат цитохроми(ts.kh.), Вкупно се познати околу 50 цитохроми. Цитохромите се железни порфирини во кои сите шест орбитали на железниот јон се окупирани од донорски атоми, биолиганд. Разликата помеѓу цитохромите е само во составот на страничните синџири на порфиринскиот прстен. Варијациите во структурата на биолигандот се предизвикани од разликите во големината на формалните потенцијали. Сите клетки содржат најмалку три протеини со слична структура, наречени цитохроми a, b, c. Во цитохром c, врската со остаток на хистидин на полипептидниот синџир се јавува преку јадрото на порфиринот.
Еден од механизмите на функционирање на цитохромите, кои сочинуваат една од алките во синџирот на транспорт на електрони, е преносот на електрон од една подлога на друга.
Од хемиска гледна точка, цитохромите се соединенија кои покажуваат двојност на редокс под реверзибилни услови.
Трансферот на електрони со цитохром c е придружен со промена на оксидационата состојба на железото:
в. X. Fe 3+ + e «c.xFe 2+
Кислородните јони реагираат со водородните јони во околината за да формираат вода или водороден пероксид. Пероксидот брзо се разложува со специјален ензим каталаза во вода и кислород според следната шема:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
Ензимот пероксидаза ги забрзува реакциите на оксидација на органските материи со водород пероксид според следната шема:
Овие ензими имаат хем во нивната структура, во чиј центар има железо со состојба на оксидација од +3 (Дел 2 7.7).
Во синџирот за транспорт на електрони, цитохромот c пренесува електрони во цитохроми наречени цитохром оксидази. Тие содржат бакарни јони. Цитохром е носител на еден електрон. Присуството на бакар во еден од цитохромите заедно со железо го претвора во носач со два електрони, што овозможува да се регулира брзината на процесот.
Бакарот е дел од важен ензим - супероксид дисмутаза (SOD), кој го користи токсичниот супероксид јон O2- во телото преку реакцијата.
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
Водород пероксид се распаѓа во телото под дејство на каталаза.
Денес се познати околу 25 ензими кои содржат бакар. Οʜᴎ сочинуваат група на оксигенази и хидроксилази. Составот и механизмот на нивното дејство се опишани во работата (2, дел 7.9.).
Комплексите на преодните елементи се извор на микроелементи во биолошки активна форма со висока мембранска пропустливост и ензимска активност. Оʜᴎ учествува во заштитата на телото од „оксидативен стрес“. Ова се должи на нивното учество во искористувањето на метаболичките производи кои го одредуваат неконтролираниот процес на оксидација (пероксиди, слободни радикали и други видови активни кислород), како и во оксидацијата на супстратите. Механизмот на реакцијата на слободните радикали на оксидација на подлогата (RH) со водород пероксид со учество на железен комплекс (FeL) како катализатор може да се претстави со шеми на реакција.
RH + . OH ® R. + H2O; Р. + FeL ® R + + FeL
Подлога
R + + OH - ® ROH
Оксидирана подлога
Понатамошното појавување на радикалната реакција доведува до формирање на производи со повисок степен на хидроксилација. Другите радикали дејствуваат слично: HO 2. , О 2 . , . О 2 - .
2. 5. Општи карактеристики на p-блок елементи
Се повикуваат елементите во кои е завршено p-поднивото на надворешното валентно ниво p-елементи. Електронска структура на ns 2 p 1-6 валентно ниво. Валентните електрони се поднивоа s и p.
Табела 8. Положба на p-елементите во периодниот систем на елементи.
| Период | Група | |||||
| IIIA | IVA | В.А. | ПРЕКУ | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (О) | (F) | Не | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ар | |||
| Га | Кр | |||||
| Во | Сн | Сб | Те | (јас) | Xe | |
| Тл | Pb | Би | По | На | Rn | |
| стр 1 | стр 2 | стр 3 | стр 4 | стр 5 | R 6 | |
| () - суштински елементи, - биогени елементи |
Во периоди од лево кон десно, полнењето на јадрата се зголемува, чие влијание преовладува над зголемувањето на силите на меѓусебно одбивање помеѓу електроните. Поради оваа причина, потенцијалот за јонизација, афинитетот на електроните и, следствено, капацитетот на акцепторот и неметалните својства се зголемуваат во периоди. Сите елементи што лежат на Br - На дијагонала и погоре се неметали и формираат само ковалентни соединенија и анјони. Сите други p-елементи (со исклучок на индиум, талиум, полониум, бизмут, кои покажуваат метални својства) се амфотерни елементи и формираат и катјони и анјони, од кои и двата се високо хидролизирани. Повеќето неметални п-елементи се биогени (исклучоци се благородните гасови, телуриумот и астатинот). Од п-елементите - метали - само алуминиумот е класифициран како биоген. Разлики во својствата на соседните елементи, и внатре; и по период: тие се изразуваат многу посилно од оние на s-елементите. п-елементи од вториот период - азот, кислород, флуор имаат изразена способност да учествуваат во формирањето на водородни врски. Елементите од третиот и следните периоди ја губат оваа способност. Нивната сличност лежи само во структурата на надворешните електронски обвивки и оние валентни состојби кои се јавуваат поради неспарените електрони во невозбудените атоми. Борот, јаглеродот и особено азотот се многу различни од другите елементи на нивните групи (присуство на d- и f-поднивоа).
Сите p-елементи, а особено p-елементите од вториот и третиот период (C, N, P, O, S, Si, Cl) формираат бројни соединенија едни со други и со s-, d- и f-елементи. Повеќето од соединенијата познати на Земјата се соединенија на p-елементи. Петте главни (макробиогени) п-елементи на животот - O, P, C, N и S - се главниот градежен материјал од кој се составени молекулите на протеини, масти, јаглени хидрати и нуклеински киселини. Од нискомолекуларните соединенија на p-елементите, најважни се оксоанјоните: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- и халидни јони. p-елементите имаат многу валентни електрони со различни енергии. Затоа, соединенијата покажуваат различни степени на оксидација. На пример, јаглеродот покажува различни состојби на оксидација од -4 до +4. Азот - од -3 до +5, хлор - од -1 до +7.
За време на реакцијата, р-елементот може да донира и прифати електрони, односно да делува како редукционо или оксидирачко средство, во зависност од својствата на елементот со кој комуницира. Ова доведува до широк спектар на соединенија формирани од нив. Меѓусебната транзиција на атомите на p-елементи со различни состојби на оксидација, вклучително и поради метаболички редокс процеси (на пример, оксидација на група на алкохол во нивната алдехидна група, а потоа во карбоксилна група, и така натаму) предизвикува богатство од нивните хемиски трансформации.
Јаглеродното соединение покажува оксидирачки својства ако, како резултат на реакцијата, јаглеродните атоми го зголемуваат бројот на неговите врски со атоми на помалку електронегативни елементи (метал, водород), бидејќи, со привлекување на заеднички електрони на врската, јаглеродниот атом ја намалува својата оксидациска состојба.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
Прераспределбата на електроните помеѓу оксидирачкиот агенс и редукциониот агенс во органските соединенија може да биде придружена само со поместување на вкупната електронска густина на хемиската врска до атомот кој дејствува како оксидирачки агенс. Во случај на силна поларизација, оваа врска може да се прекине.
Фосфатите во живите организми служат како структурни компоненти на скелетот на клеточните мембрани и нуклеинските киселини. Коскеното ткиво е изградено главно од хидроксиапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH. Основата на клеточните мембрани се фосфолипидите. Нуклеинските киселини се состојат од синџири на рибоза или деоксирибоза фосфат. Покрај тоа, полифосфатите се главниот извор на енергија.
Во човечкото тело, NO нужно се синтетизира со користење на ензимот NO синтаза од амино киселината аргинин. Животниот век на NO во клетките на телото е од редот на секунда, но нивното нормално функционирање не е можно без NO. Ова соединение обезбедува: релаксација на мазните мускули на васкуларните мускули, регулирање на работата на срцето, ефективно функционирање на имунолошкиот систем, пренос на нервни импулси. Се верува дека НЕ игра важна улога во учењето и меморијата.
Редокс реакциите во кои учествуваат п-елементите се во основата на нивниот токсичен ефект врз телото. Токсичниот ефект на азотните оксиди е поврзан со нивната висока редокс способност. Нитратите кои влегуваат во храната се сведуваат на нитрити во телото.
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
Нитритите имаат високо токсични својства. Οʜᴎ го претвора хемоглобинот во метхемоглобин, кој е производ на хидролиза и оксидација на хемоглобинот.
Како резултат на тоа, хемоглобинот ја губи својата способност да транспортира кислород до клетките на телото. Во телото се развива хипоксија. Во исто време, нитритите, како соли на слаба киселина, реагираат со хлороводородна киселина во гастричната содржина, формирајќи азотна киселина, која, со секундарните амини, формира канцерогени нитрозамини:
Биолошкиот ефект на високомолекуларните органски соединенија (аминокиселини, полипептиди, протеини, масти, јаглени хидрати и нуклеински киселини) се одредува со атоми (N, P, S, O) или формирани групи на атоми (функционални групи), во кои тие дејствуваат како хемиски активни центри, донатори на електронски парови способни да формираат координативни врски со метални јони и органски молекули. Следствено, p-елементите формираат полидентатни хелатни соединенија (амино киселини, полипептиди, протеини, јаглени хидрати и нуклеински киселини). Вреди да се каже дека тие се карактеризираат со сложени реакции на формирање, амфотерни својства и реакции на анјонска хидролиза. Овие својства го одредуваат нивното учество во основните биохемиски процеси и во обезбедувањето состојба на изохидричност. Οʜᴎ формира протеин, фосфат, водород карбонат пуферски системи. Учествувајте во транспортот на хранливи материи, метаболички производи и други процеси.
3. 1. Улогата на живеалиштето. Хемија на атмосферското загадување. Улогата на лекарот во заштитата на животната средина и здравјето на луѓето.
А.П. Виноградов покажа дека површината на земјата е хетерогена по хемиски состав. Растенијата и животните, како и луѓето, лоцирани во различни зони, користат хранливи материи со различен хемиски состав и на тоа реагираат со одредени физиолошки реакции и одреден хемиски состав на телото. Ефектите предизвикани од микроелементите зависат од нивното внесување во организмот. Концентрациите на биометалите во организмот при неговото нормално функционирање се одржуваат на строго дефинирано ниво (биотска доза) со помош на соодветни протеини и хормони. Резервите на биометали во телото систематски се надополнуваат. Oʜᴎ се содржани во доволни количини во консумираната храна. Хемискиот состав на растенијата и животните кои се користат за храна влијае на телото.
Интензивното индустриско производство доведе до загадување на природната средина со „штетни“ материи, вклучително и соединенија на преодни елементи. Во природата, постои интензивна прераспределба на елементите во биогеохемиските провинции. Главниот пат (до 80%) на нивното влегување во организмот е нашата храна. Имајќи го предвид антропогеното загадување на животната средина, исклучително е важно да се преземат радикални мерки за рехабилитација на животната средина и луѓето кои живеат во неа. Овој проблем во многу европски земји е ставен пред проблемите на економскиот раст и е меѓу приоритетите. Во последниве години се зголеми ослободувањето на различни загадувачи. Прогнозата за индустриски развој ни овозможува да заклучиме дека количината на емисии и загадувачи на животната средина ќе продолжи да се зголемува.
Се нарекуваат реални зони во кои циклусот на елементи се јавува како резултат на животна активност екосистемиили, како што го нарече академик В.Н. Сукачев, биогеоценози. Луѓето се составен дел од екосистемите на нашата планета. Во неговите животни активности, едно лице може да го наруши текот на природниот биоген циклус. Многу индустрии ја загадуваат животната средина. Според учењето на В.И. Вернадски, се нарекува лушпата на нашата планета, изменета од човечката економска активност ноосфера. Ја покрива целата биосфера и ги надминува нејзините граници (стратосфера, длабоки рудници, бунари итн.). Главната улога во ноосферата ја игра техногената миграција на елементите - техногенезата. Истражувањето на геохемијата на ноосферата е теоретска основа за рационално користење на природните ресурси и борба против загадувањето на животната средина. Гасовитите, течните и цврстите загадувања на животната средина формираат токсични аеросоли (магла, чад) во приземниот слој на атмосферата. Кога атмосферата е загадена со сулфур диоксид, висока влажност и без температура, се формира токсичен чад. Главната штета на животната средина е предизвикана од производите на оксидација SO 2, SO 3 и киселините H 2 SO 3 и H 2 SO 4. Како резултат на емисиите на сулфур оксид и азот, во индустриските региони се забележуваат „кисели“ дождови. Дождовницата која содржи високи концентрации на водородни јони може да исцеди токсични метални јони:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H2O
Кога работи мотор со внатрешно согорување, се ослободуваат азотни оксиди, чиј производ на конверзија е озон:
N 2 + O 2 « 2NO (во цилиндерот на моторот)
Од голема грижа за општеството се еколошките проблеми, чија хемиска суштина е да се заштити биосферата од вишокот на јаглеродни оксиди и метан, кои создаваат „ефект на стаклена градина“, сулфур и азотни оксиди што доведуваат до „кисели дождови“; халогени деривати (хлор, флуор) на јаглеводороди кои го нарушуваат „озонскиот штит на Земјата“; канцерогени материи (полиароматски јаглеводороди и производи од нивно нецелосно согорување) и други производи. Во денешно време не само проблемот со заштитата на животната средина, туку и заштитата на внатрешната средина станува актуелен. Бројот на супстанции кои влегуваат во жив организам кои се туѓи, туѓи за животот и наречени ксенобиотици. Според Светската здравствена организација, ги има околу 4 милиони Тие влегуваат во телото со храна, вода и воздух, како и во форма на лекови (дозирани форми).
Тоа се должи на ниската култура на производителите и потрошувачите на хемикалии кои немаат професионално хемиско знаење. Навистина, само непознавањето на својствата на супстанциите и неможноста да се предвидат последиците од нивната прекумерна употреба може да предизвика непоправливи загуби на природата, чиј составен елемент е човекот. Навистина, до денес, некои производители, па дури и медицински работници, се споредуваат со мелничарот на Булгаков, кој сакаше веднаш да се опорави од маларија со неверојатна (шок) доза кинин, но немаше време - тој умре. Улогата на различни хемиски елементи во загадувањето на животната средина и појавата на болести, вклучувајќи ги и професионалните, сè уште е недоволно проучена. Неопходно е да се анализира влезот на различни супстанции во животната средина како резултат на човековата активност, начините на кои тие влегуваат во човечкото тело, растенијата, нивната интеракција со живите организми на различни нивоа и да се развие систем на ефективни мерки насочени кон спречување натамошно загадување на животната средина и создавање на неопходни биолошки средства за заштита на внатрешната средина на телото. Од медицинските работници се бара да учествуваат во развојот и спроведувањето на технички, превентивни, санитарни, хигиенски и терапевтски мерки.
3.2 Биохемиски провинции. Ендемични болести.
Се нарекуваат зони во кои животните и растенијата се карактеризираат со одреден хемиски елементарен состав биогеохемиски провинции.Биогеохемиските провинции се таксони од трет ред на биосферата - територии со различни големини во подрегиони на биосферата со постојани карактеристични реакции на организмите (на пример, ендемични болести). Постојат два вида биогеохемиски провинции - природни и техногени, кои произлегуваат од развојот на рудни наоѓалишта, емисиите од металуршката и хемиската индустрија и употребата на ѓубрива во земјоделството. Потребно е да се обрне внимание на улогата на микроорганизмите во создавањето на геохемиските карактеристики на животната средина. Недостатокот и вишокот на елементи може да доведе до формирање на биогеохемиски провинции, предизвикани и од недостаток на елементи (јод, флуор, калциум, бакар, итн. провинции) и од нивниот вишок (бор, молибден, флуор, бакар итн.). Проблемот со дефицитот на бром во континенталните региони, планинските региони и вишокот на бром во крајбрежните и вулканските предели е интересен и важен. Во овие региони, еволуцијата на централниот нервен систем продолжи квалитативно поинаку. Во јужниот дел на Урал, на карпи збогатени со никел е откриена биогеохемиска провинција. Вреди да се каже дека се карактеризира со грди форми на треви и болести на овците поврзани со зголемена содржина на никел во животната средина.
Корелацијата на биогеохемиските провинции со нивната еколошка состојба овозможи да се идентификуваат следните територии: а) со релативно задоволителна еколошка состојба - (зона на релативна благосостојба);б) со реверзибилни, ограничени и во повеќето случаи отстранливи прекршувања на животната средина - (зона на ризик за животната средина); в) со доволно висок степен на неповолност забележан во текот на долг период на голема територија, чие отстранување бара значителни трошоци и време - (зона на еколошка криза); г) со многу висок степен на еколошка неволја, практично неповратна еколошка штета што има јасна локализација -( зона на еколошка катастрофа).
Врз основа на факторот на влијание, неговото ниво, времетраењето на дејството и областа на дистрибуција, следните природно-техногени биогеохемиски провинции се идентификувани како ризични и кризни зони:
1. полиметални (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) со доминантни асоцијации Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn, вклучувајќи:
· збогатен со бакар (Јужен Урал, Башкортостан, Норилск, Медногорск);
· збогатен со никел (Норилск, Мончегорск, Никел, Полјарни, Тува, Јужен Урал);
· збогатен со олово (Алтај, Кавказ, Трансбајкалија);
· збогатен со флуор (Кировск, Краснојарск, Братск);
· со висока содржина на ураниум и радионуклиди во животната средина (Трансбајкалија, Алтај, Јужен Урал).
2. биогеохемиски провинции со недостатоци на микроелементи (Se, I, Cu, Zn и др.).