Aspek persekitaran pengajaran kimia di sekolah
pengenalan
Dalam masa susah kita. Apabila kimia sebagai sains menjadi orang buangan sosial. Kita perlu mempertimbangkan semula kedua-dua kandungan subjek dan kaedah mengajarnya, mengubah bukan sahaja penekanan, tetapi keutamaan untuk mengatasi kemofobia.
Soalan utama kursus harus ditentukan oleh kedua-dua kepentingan memperoleh pengetahuan untuk pembangunan kecerdasan pelajar, dan kaitan pengetahuan ini dalam kehidupan sebenar seseorang dan dalam aktiviti praktikalnya. Dari sudut pandangan ini, kemajuan dalam pendidikan kimia adalah perlu, kerana tanpa itu mustahil untuk memenuhi keperluan objektif masyarakat untuk penggunaan meluas pencapaian sains kimia dan industri.
Konsep pendidikan kimia sekolah moden adalah berdasarkan prinsip kemanusian, individualisasi dan pembezaan pendidikan, banyak perhatian diberikan kepada aspek alam sekitar, pembangunan budaya umum, mengukuhkan kesihatan murid sekolah, dan meningkatkan celik alam sekitar mereka.
Topik semasa.
Kimia, sebagai salah satu bidang asas pengetahuan, sebahagian besarnya menentukan pembangunan bidang penting sains dan teknologi yang lain. Adalah diketahui bahawa tanpa kimia, proses kimia dan produk kimia, tidak ada satu pengeluaran, tidak ada satu cabang ekonomi moden dan bidang sosial boleh wujud.
Ia adalah perlu untuk memastikan bahawa pelajar memahami kepentingan praktikal kimia dan kaitannya dengan kehidupan seharian. Mereka mesti yakin tentang kemungkinan mencari, melalui kimia, jawapan kepada "mengapa" lain dari bidang kehidupan dan minat pengeluaran mereka. Ia amat penting untuk menyelesaikan isu kesediaan asas "kimia" orang, kerana hari ini hampir setiap daripada kita bersentuhan dengan bahan yang boleh menyebabkan bahaya kepada manusia. Walau bagaimanapun, tidak ramai pengguna yang menggunakan dadah, kosmetik dan minyak wangi, pewarna, plastik, baja, gentian, pelbagai jenis bahan api dan lain-lain menyedari bahaya yang berkaitan dengan penggunaan. Percanggahan ini menyebabkan banyak masalah yang menimpa manusia. Malangnya, di kebanyakan sekolah, kerja pendidikan aktif dengan pelajar yang berkaitan dengan pencirian sifat asas sebatian kimia yang biasa dalam kehidupan seharian dan dalam pengeluaran, terutamanya dari segi kesannya terhadap alam sekitar, dijalankan dengan sangat lemah dan tidak teratur. Pada asasnya, pelajar hanya menerima idea teori umum yang tidak disesuaikan dengan realiti kehidupan dan terutamanya isu alam sekitar.
Sikap negatif terhadap kimia membawa kepada ketidakupayaan untuk menyesuaikan diri dengan kehidupan bertamadun, moden, buta huruf alam sekitar, akibatnya bukan sahaja akan merugikan dalam pendidikan anak-anak sekolah, tetapi juga penyediaan bom masa alam sekitar. Ini hanya akan memperdalam konflik antara manusia dan alam.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kerja yang berkaitan dengan pendidikan kimia-ekologi telah dimulakan di beberapa pusat saintifik dan pendidikan di negara yang berbeza, tetapi selalunya ia bersifat deklaratif.
Saya melihat tugas saya sebagai menyemai dalam diri pelajar keinginan untuk menimba ilmu; pastikan proses pembelajaran itu sendiri menawan hati mereka; menyumbang kepada perkembangan aktiviti kognitif dan minat dalam subjek. Untuk tujuan ini, saya memasukkan pertimbangan isu alam sekitar dan valeologi dalam kurikulum kursus kimia. Program ini bertujuan untuk membangunkan pelajar idea saintifik semula jadi tentang dunia di sekeliling mereka dan undang-undangnya, hubungan kemanusiaan dan tingkah laku celik alam sekitar, dan peningkatan moral intelek pelajar. Kandungan program menyediakan kanak-kanak untuk persepsi sedar tentang gambaran kimia dunia dan menawarkan pelaksanaan prinsip bersepadu, iaitu, ia memerlukan pelajar untuk menggunakan pengetahuan dan kemahiran daripada pelbagai subjek kitaran semula jadi. Perkaitan kerja adalah disebabkan oleh satu set masalah yang terdiri dalam mengatasi keabstrakan terkenal subjek kimia, berat sebelah dalam penilaiannya, dan hubungan konsep kimia dengan aspek alam sekitar kehidupan manusia sebenar.
Matlamat dan objektif kerja:
Pertimbangan prinsip asas pendidikan kimia penghijauan;
Analisis bentuk dan kaedah (teknik) membentuk budaya ekologi dalam pengajaran kimia;
Ciri-ciri peranan manusia dalam proses kognisi, transformasi dan penggunaan alam semula jadi.
Kepentingan praktikal kerja itu terletak pada fakta bahawa ia mengandungi kajian metodologi ulasan alam sekitar kepada peruntukan utama kursus kimia, membolehkan seseorang menguasai undang-undang kimia menggunakan contoh alam sekitar tertentu; pertimbangan kaedah untuk membangunkan sikap sedar terhadap alam semula jadi, tingkah laku celik alam sekitar dalam keadaan persekitaran yang tidak menguntungkan.
Hasil pelaksanaan kerja di Lyceum No. 4 menunjukkan keberkesanan dan nilai praktikalnya, meningkatkan minat pelajar dalam mata pelajaran kitaran semula jadi dan ekologi; memungkinkan untuk memikirkan semula pelbagai pendekatan untuk mempertimbangkan penggunaan pencapaian kimia dalam aktiviti manusia praktikal, kepada kepentingan sifat gunaan pengetahuan kimia.
Kelulusan kerja. Hasil utama kerja dilaporkan dan dibincangkan di majlis pedagogi Lyceum No. 4, pada mesyuarat majlis saintifik dan metodologi jabatan kitaran semula jadi dan ekologi lyceum. Pada seminar untuk pengarah sekolah di daerah Kominternovsky, pelajaran telah diberikan tentang "Enjin haba dan perlindungan alam sekitar" bersama-sama dengan guru fizik, berdasarkan aspek fizikal, kimia dan alam sekitar masalah itu. Berdasarkan bahan kerja, artikel diterbitkan dalam koleksi "Pendidikan Voronezh pada permulaan abad ini. Bidang pendidikan "Sains Alam". Kimia "Di ambang dua milenium, pada pergantian dua abad."
BAB 1
Keadaan masalah penghijauan pengajaran kimia di
sains dan amalan.
1.1. Keperluan untuk memperkenalkan pendidikan alam sekitar di sekolah menengah dan prinsip asasnya.
Antara masalah moden yang dihadapi oleh masyarakat dunia, satu yang paling menonjol - masalah kemerosotan kualiti alam sekitar manusia. Ia bersifat global dan membimbangkan rakyat semua negara. Negara pertama yang merasakan kesan negatif pencemaran kimia alam sekitar adalah Jepun. Di negara ini, lebih 80% wilayah dipengaruhi secara langsung oleh pengeluaran perindustrian. Orang Jepun adalah orang pertama yang bercakap tentang masalah "kogai", yang bermaksud bahaya bahaya daripada pencemaran alam sekitar. Tidak lama kemudian negara lain juga menghadapi masalah ini. Peningkatan pencemaran alam sekitar dapat dilihat dan menyebabkan kritikan emosi daripada orang ramai. Biasanya aduan utama penduduk ditujukan kepada kimia. Sementara itu, dari segi pencemaran, industri kimia nyata lebih rendah daripada kompleks bahan api dan tenaga, pengangkutan motor, metalurgi ferus dan bukan ferus, dan juga industri. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, keadaan yang paling tidak baik adalah pencemaran suasana bandar Voronezh dengan benzopyrene yang terkandung dalam ekzos kereta dan habuk, perkadarannya dalam analisis makmal bukan standard setiap hari ialah 15-20%. Tinjauan ekologi dan geokimia ke atas penutup tanah menunjukkan bahawa keadaan berkenaan dengan pencemaran tanah dengan plumbum dan zink adalah sangat tidak menguntungkan. Bahagian analisis sampel tanah yang tidak memuaskan di bandar secara keseluruhan ialah 19.3 dan 15.5%, masing-masing, dan di bahagian tebing kanan perindustrian bandar nilai ini meningkat kepada 40-46%. Sementara itu, bahan-bahan ini adalah petunjuk khusus peningkatan penyakit pada kanak-kanak. Antara penyakit kanak-kanak di Voronezh, penyakit pernafasan mendominasi (65%), tahap yang melebihi purata Rusia yang sama sebanyak 1.2 kali untuk bandar secara keseluruhan. Pencegahan peningkatan kawalan juga memerlukan neoplasma dan anomali kongenital, perbezaan spatial dalam tahap yang pasti berkorelasi dengan intensiti pencemaran alam sekitar.
Sambungan telah diwujudkan antara kepekatan formaldehid di atmosfera dan penyakit asma bronkial, serta tahap debu yang tinggi di atmosfera dengan penyakit darah. Pneumonia lebih kerap direkodkan di kawasan yang mempunyai paras plumbum dan karbon monoksida yang tinggi. Apabila intensiti pencemaran udara meningkat, kanak-kanak mengalami perubahan ketara dalam parameter hematologi dan peningkatan morbiditi yang sepadan.
Dalam keadaan semasa, adalah perlu untuk menjalankan analisis objektif sebab-sebab pengembangan pencemaran alam sekitar dan peningkatan dalam bencana yang berkaitan dengan penyebaran sebatian kimia yang tidak terkawal dari asal teknikal atau biologi. Sukar untuk menjalankan analisis sedemikian, tetapi dua aspek utama masalah keseluruhan dapat dikenalpasti. Aspek pertama berkaitan dengan bidang politik dan sosiologi dan membimbangkan percanggahan dalam pembangunan ekonomi.
Aspek kedua adalah berkaitan dengan kesediaan seseorang itu sendiri untuk menggunakan pencapaian sains semula jadi dalam bidang pengeluaran dan domestik.
Sikap mudah, teknokratik semata-mata terhadap alam semula jadi dan kejahilan alam sekitar secara langsung telah membawa kepada beberapa bencana dengan akibat yang tidak dapat dipulihkan. Fakta pencemaran yang dahsyat adalah sangat fasih dan dikutuk hebat oleh penduduk. Walau bagaimanapun, kambuh yang berlaku jarang dianalisis dan biasanya dinilai hanya dari sudut emosi. Ini adalah bagaimana kemofobia timbul. Sementara itu, keterangan yang ketat mengenai keadaan menunjukkan bahawa kerosakan alam sekitar yang berlaku biasanya ditentukan bukan oleh keanehan kimia, tetapi hanya oleh kelayakan yang rendah dan tidak selalunya moral pekerja yang betul.
Punca semua masalah yang dinyatakan, kecuali kesilapan dalam perancangan dan pembinaan, adalah peninggalan lama dalam pengajaran kimia di sekolah menengah dan, akibat daripada ini, kekurangan pengetahuan kimia penduduk. Percanggahan yang ketara muncul; Semua orang secara sistematik berurusan dengan bahan kimia dan proses, tetapi hanya segelintir yang boleh membetulkan tindakan mereka dengan pemahaman. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa dalam pelajaran kimia seseorang boleh menunjukkan dengan jelas dan meyakinkan kedua-dua aspek negatif campur tangan manusia dalam persekitaran semula jadi, dan cara yang mungkin untuk mengoptimumkan pengaruh antropogenik ke atasnya.
Kerja keras diperlukan untuk mengubah kesedaran manusia berhubung dengan pengurusan dan pendidikan alam sekitar, menyemai budaya alam sekitar.
Strategi pengurusan alam sekitar, berdasarkan idea kuasa manusia dan pertumbuhannya ke atas alam semula jadi dalam era revolusi saintifik dan teknologi, yang untuk masa yang lama kelihatan tidak tergoyahkan, sebenarnya ternyata hanya strategi "Ideologi pokok epal hubungan kita dengan alam semula jadi", yang melibatkan banyak kerja untuk membina semula kesedaran orang ramai, untuk menghijaukannya. Kesedaran tentang situasi ini menyumbang kepada perumusan tugas yang serius, baik dalam bidang praktikal dan dalam bidang penyelidikan saintifik asas. Wakil-wakil pelbagai sains, bukan sahaja sains semula jadi, tetapi juga kemanusiaan, mula mengkaji masalah alam sekitar. Ini disebabkan oleh fakta bahawa, bersama-sama dengan keperluan untuk membangunkan strategi baru untuk pengurusan alam sekitar dan mencipta teknologi perindustrian yang asasnya baru, tugas penstrukturan semula ekologi kesedaran orang ramai dan penyebaran pengetahuan alam sekitar yang meluas telah menjadi perlu.
Perkara utama ialah pelaksanaan keputusan yang dibuat, yang akhirnya bergantung pada diri kita sendiri, pengetahuan, kepercayaan, dan kemahuan kita. Di sini kita memerlukan pemikiran ekologi yang baru, mengatasi psikologi pengguna berhubung dengan alam semula jadi. Masyarakat mesti mengetahui undang-undang asas pembangunan alam, mencari jalan untuk menyelesaikan masalah, belajar membuat keputusan dalam situasi pilihan moral dan ramalan, iaitu melalui keseluruhan rantaian daripada pengetahuan alam sekitar kepada pemikiran alam sekitar dan tingkah laku yang wajar dari segi alam sekitar.
Pembentukan budaya ekologi yang tinggi adalah mungkin dengan syarat kandungan pendidikan sekolah merangkumi elemen berikut: sistem pengetahuan tentang interaksi masyarakat dan alam semula jadi; nilai orientasi alam sekitar; sistem norma dan peraturan berkaitan dengan alam semula jadi, keupayaan dan kemahiran untuk mengkaji dan melindunginya.
Pendidikan dan asuhan alam sekitar merupakan salah satu tugas utama sekolah.
1.2. Kandungan pendidikan alam sekitar dalam pelajaran kimia.
Pendidikan alam sekitar dan pendidikan alam sekitar merupakan dua penekanan utama yang berkaitan dengan pembentukan sikap terhadap alam. Dengan pendidikan alam sekitar, perhatian guru tertumpu pada proses pemindahan dan asimilasi oleh pelajar pengalaman terkumpul dalam hubungan alam sekitar, dan dengan pendidikan alam sekitar - pada pembentukan kualiti keperibadian yang sesuai. Matlamat akhir pendidikan dan didikan alam sekitar adalah sama - pembentukan hubungan optimum antara seseorang dan persekitarannya. Dilaksanakan dalam rangka proses pedagogi tunggal. Pada dasarnya, matlamat akhir adalah lebih mendalam. Ia terdiri daripada menyediakan syarat untuk perkembangan intelektual, peribadi dan sosial pelajar, menanamkan di dalamnya rasa tanggungjawab peribadi terhadap keadaan persekitaran, keinginan untuk memahami secara mendalam intipati dan ketidakkonsistenan perubahan berterusan dalam pembangunan ekologi kita. planet
Sistem pengetahuan alam sekitar harus menyediakan titik perubahan dalam kesedaran manusia, pandangan dunia mereka, dan sikap terhadap sumber semula jadi. Ekologi telah menjadi tanda tahap moden perkembangan budaya manusia sejagat. Oleh itu, matlamat pendidikan alam sekitar ialah pembentukan budaya alam sekitar. Konsep budaya ekologi merangkumi pengetahuan dan kemahiran, tahap perkembangan moral dan estetika pandangan dunia, kaedah dan bentuk komunikasi antara manusia.
Kandungan pendidikan alam sekitar sangat kaya dan pelbagai sehingga tidak dapat dikembangkan dalam kerangka satu atau beberapa mata pelajaran. Oleh itu, guru bercakap tentang sifat interdisipliner pendidikan alam sekitar, kemungkinan luas hampir semua mata pelajaran akademik dan kepentingan khusus setiap satu dalam pembentukan budaya alam sekitar pelajar. Contohnya adalah pelaksanaan pengetahuan alam sekitar di sekolah rendah, bukan sahaja dalam kursus "Sejarah Alam", tetapi juga dalam kurikulum baru disiplin sekolah. Kursus yang dibangunkan bertujuan untuk melibatkan semua pelajar dalam proses pengetahuan menyeluruh dunia dan meningkatkan tahap umum pengetahuan mereka. Keutamaan dalam program baharu diberikan kepada mata pelajaran yang lebih penting pada masa ini dan kekal relevan untuk dekad akan datang.
Pendekatan antara disiplin memerlukan penentuan fungsi setiap mata pelajaran dalam sistem umum pendidikan alam sekitar, menonjolkan hubungan antara disiplin, generalisasi pendekatan antara disiplin yang membentuk integriti semua disiplin akademik yang bersatu dengan matlamat untuk memahami dunia sekeliling. Kandungan disiplin akademik memerlukan penyelarasan antara disiplin dan integrasi langkah demi langkah pengetahuan yang berkaitan.
Pendidikan alam sekitar berkait rapat dengan pengetahuan tentang sifat dialektik interaksi unsur-unsur dalam sistem "manusia-masyarakat-alam". Refleksi triniti ini membentuk teras, yang dalam kandungan pendidikan umum memungkinkan, pada tahap hubungan antara kitaran, untuk mendedahkan dunia alam dan dunia manusia secara keseluruhan.
Model pendidikan alam sekitar merangkumi bukan sahaja struktur kandungan, tetapi juga syarat asas untuk mencapai matlamat.
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">Faktor dalam pendidikan alam sekitar yang menentukan sikap bertanggungjawab murid sekolah terhadap alam sekitar semula jadi.
Perlu dijelaskan kepada generasi muda bahawa keadaan alam sekitar sekarang menimbulkan bahaya yang sama kepada manusia seperti perang nuklear. Satu-satunya perbezaan ialah masalah alam sekitar adalah lebih berbahaya... Satu khayalan berbahaya adalah penghiburan harapan bahawa manusia akan dapat berhenti memusnahkan dunia di sekeliling kita apabila hampir kepada kemusnahan ekologi. Ia akan lewat! Ini adalah keseluruhan kelicikan masalah ini.
Pendidikan alam sekitar yang pintar, halus dan pendidikan generasi baharu adalah kuasa yang masih boleh membekukan dan memusingkan anak panah jam mekanisme dahsyat yang mengancam kemusnahan planet kita. .
Pengetahuan tentang intipati dunia di sekeliling kita bertindak sebagai penghubung penyepaduan dalam mata pelajaran kitaran semula jadi, dan peranan penting dalam penghijauan pendidikan diberikan kepada pengajaran kimia.
Bersama-sama dengan menguasai asas-asas sains asas, termasuk bahasanya, fakta, konsep, teori dan undang-undang yang paling penting, generalisasi yang boleh diakses tentang sifat ideologi pengajaran kimia harus menyumbang kepada: pembangunan dan peningkatan intelek individu; pembentukan pelajar tingkah laku yang sesuai dengan alam sekitar, sikap yang munasabah terhadap diri mereka sendiri, orang ramai, dan persekitaran semula jadi; membangunkan pemahaman tentang keperluan sosial untuk pembangunan kimia, membangunkan sikap pelajar terhadap kimia sebagai bidang yang mungkin untuk aktiviti praktikal masa depan.
Pemilihan bahan alam sekitar untuk dimasukkan ke dalam kurikulum kimia perlu dijalankan dengan mengambil kira prinsip asas didaktik. Kriteria utama ialah watak saintifik, kebolehcapaian untuk belajar, hubungan logik dengan kandungan subjek akademik, yang membolehkan pemilihan soalan yang mantap dari segi pedagogi mengenai aspek kimia ekologi, pembangunan kandungan dan kaedah untuk mengkajinya dalam pelajaran kimia.
Apakah tempat yang diduduki oleh pendidikan kimia dalam keseluruhan sistem pendidikan alam sekitar?
Secara tradisinya, matlamat utama pengajaran kimia ialah pelajar perlu diperkenalkan kepada dunia bahan (semula jadi dan buatan manusia), untuk meletakkan asas untuk memahami punca kepelbagaiannya, untuk membentuk bukan sahaja pemahaman umum tentang kaedah mendapatkan dan bidang penggunaan bahan, tetapi juga kemahiran praktikal mengendalikannya. Maklumat yang tidak mencukupi tentang peranan biologi bahan, kesan berbahayanya terhadap tubuh manusia dan alam sekitar telah menimbulkan satu lagi cabaran pendidikan dalam
pengajaran kimia - berdasarkan pengetahuan kimia asas untuk membentuk pengetahuan yang sistematik tentang aspek kimia ekologi dan masalah alam sekitar. Sistem ini merangkumi pengetahuan tentang bahan-bahan alam semula jadi, tentang interaksi yang berkaitan dengan manifestasi kehidupan dalam dunia tumbuhan dan haiwan, tentang hubungan kimia organisma antara satu sama lain dan alam sekitar, tentang interaksi faktor antropogenik kedua-duanya pada seseorang. dirinya dan semua makhluk hidup
Sistem konsep ekologi dan kimia-ekologi dalam pendidikan kimia termasuk isu kitaran bahan dalam alam semula jadi, perubahan dan transformasi tenaga dalam biosfera, pertimbangan fungsi pembentukan alam sekitar jirim, dan oleh itu masalah global, sifat integratif ekosistem. , seperti kehadiran nutrien dan perubahan kimianya; penyembuhan sendiri ekosistem, perubahan antropogenik dalam ekosistem; pelaksanaan corak interaksi organ dengan alam sekitar dalam aktiviti manusia praktikal, dalam perlindungan alam sekitar; undang-undang pemuliharaan jirim dan tenaga, kesatuan dunia material; percanggahan dalam interaksi masyarakat dan alam semula jadi, pembangunan masyarakat dengan mengorbankan sumber semula jadi.
Ekologi dan kimia saling melengkapi. Pengenalan prinsip termodinamik ke dalam ekologi menimbulkan ekologi pengeluaran-tenaga, yang mengkaji corak pelesapan aliran tenaga dalam rantai makanan. Melihat kepelbagaian hubungan alam sekitar melalui prisma kimia tak organik mendedahkan pelbagai fenomena yang disebabkan oleh kesan manusia terhadap biosfera dan alam semula jadi tidak bernyawa. Komponen penting proses anak sungai di planet ini ialah pekeliling global dan transformasi yang menjalani unsur asas seperti karbon, nitrogen, hidrogen, sulfur dan fosforus…. Banyak sebatian bukan organik boleh dan sudah menjejaskan
mengenai iklim planet dan keadaan atmosferanya, mengenai kualiti persekitaran semula jadi di mana orang hidup, dan, akibatnya, pada kesihatan manusia
Dalam rangka kerja kimia bukan organik, adalah menarik untuk memberi perhatian bukan sahaja kepada ubah bentuk antropogenik kitaran semula jadi bahan kimia dan penggunaan kualiti alam sekitar, tetapi juga untuk mencari penyelesaian kepada masalah sosio-ekologi: tenaga, bahan mentah, dll. Contohnya, prospek tenaga hidrogen; peranan oksigen dan ozon dalam memastikan kehidupan di Bumi; logam dalam biosfera dan badan manusia, dsb.
Proses yang berkaitan dengan bidang kimia organik memainkan peranan yang besar dalam hubungan alam sekitar. Sebatian organik membentuk asas bahagian biosfera itu, yang dipanggil "Bahan Hidup". Kehidupan manusia sebagai individu biologi ditentukan oleh transformasi kompleks bahan organik dalam tubuh manusia dan metabolisme dengan alam sekitar. Akhirnya, kelangsungan hidup manusia hari ini adalah mustahil tanpa penggunaan bahan organik secara meluas dalam kehidupan seharian, dalam perubatan, industri, pertanian, dll.
Memahami peranan bahan organik dalam kewujudan dan perkembangan kompleks sosiobiosfera Bumi secara keseluruhan dan bahagian utamanya merupakan aspek penting dalam bacaan kimia ekonomi moden.
Pencapaian ekologi berfungsi sebagai asas untuk menyelesaikan beberapa masalah mendesak pada zaman kita. Khususnya, dengan data yang diperoleh oleh ekologi
Logik gaya hidup sihat: mengutamakan keperluan rohani daripada keperluan material, mengambil berat tentang mengekalkan kesihatan fizikal seseorang. Orang sedemikian pada masa hadapan akan dapat dibimbing dalam aktiviti profesionalnya oleh prinsip-prinsip keperluan alam sekitar dan moral (15, ms. 3).
Mari kita beralih kepada masalah penganjuran pengajaran kimia di sekolah menengah. Dalam perjalanan mengubah pengajaran mata pelajaran dan mewujudkan sistem pendidikan alam sekitar untuk murid sekolah, guru menghadapi kesukaran tertentu. Pertama, kemofobia telah timbul dalam masyarakat, menyebabkan kanak-kanak pada mulanya menghina subjek tersebut. Kedua, keabstrakan subjek itu sendiri.
Perkara utama ialah mengubah (hijau) pandangan dunia anda sendiri, untuk merealisasikan tanggungjawab anda (manusia dan profesional) untuk menyediakan generasi muda yang berpendidikan alam sekitar. Adalah perlu untuk memaklumkan secara sistematik tentang pencapaian kimia dalam melindungi alam sekitar.
1.3. Tinjauan sumber sastera tentang pendidikan alam sekitar.
Kursus kimia yang diajar di sekolah menengah moden tidak menyelesaikan sepenuhnya masalah pendidikan dan didikan alam sekitar. Isu alam sekitar dinyatakan secara deklaratif, tidak dikaji secara mendalam dan hanya digariskan. Walau bagaimanapun, aktiviti untuk mengkaji pengaruh proses kimia dan sebatian kimia terhadap alam sekitar tidak dapat menggantikan sepenuhnya kajian sistematik isu-isu ini.
Kimia adalah salah satu mata pelajaran yang paling penting, atas dasar dialektik terbentuk - idea materialistik tentang dunia di sekeliling kita.
Mengikut program semasa, graduan gred IX mempunyai pemahaman kimia yang sangat tidak lengkap dan berpecah-belah, kerana isu kimia organik dan am dipelajari dalam gred X-XI. Dengan mengambil kira pembezaan pendidikan di sekolah menengah, ramai pelajar mungkin tidak belajar kimia sama sekali, yang akan membawa kepada ketidaktahuan sepenuhnya tentang beberapa isu penting dan merumitkan kewujudan manusia di dunia moden, kerana graduan sekolah tidak akan memahami, contohnya , punca-punca kesan berbahaya aktiviti ekonomi manusia terhadap flora dan fauna dan biosfera secara keseluruhan dan isu-isu lain yang serupa.
Oleh itu, adalah perlu untuk mengubah secara radikal program kimia, dan, dengan itu, kursus kimia secara keseluruhan.
Di Jabatan Kaedah Pengajaran Mata Pelajaran Kitaran Semula Jadi dan Matematik Universiti Sains Gunaan Negeri Moscow, program kursus kimia baru "Ekologi dan Dialektik" telah dibangunkan dan, berdasarkannya, satu eksperimen telah dijalankan di dua puluh sekolah di Moscow dan wilayah Moscow. Ciri tersendirinya ialah berdasarkan asasnya, graduan kelas IX menerima pemahaman umum tentang sains kimia secara keseluruhan, serta semua bahagiannya. Pada peringkat asas, berakhir dengan gred sembilan, pelajar menjadi biasa dengan peranan dan tempat kimia dalam aktiviti ekonomi manusia moden, kesannya terhadap alam sekitar dan cara untuk mengatasi kesan negatif aktiviti manusia praktikal terhadap flora, fauna dan tubuh manusia. dikaitkan dengan penggunaan pengeluaran kimia.
Dalam program ini, banyak perhatian diberikan kepada penyediaan eksperimen kimia, penggunaan pelbagai sebatian kimia yang paling penting dalam amalan manusia, kesannya terhadap alam sekitar dan tubuh manusia. Melalui pengetahuan tentang sebatian kimia dan fenomena kimia, pelajar membina sikap istimewa terhadap alam sekitar manusia,
Satu asas sedang diwujudkan untuk pemahaman yang betul tentang masalah alam sekitar, tanpanya adalah mustahil untuk manusia wujud di dunia moden; idea terbentuk tentang kerumitan ketidakkonsistenan pelbagai proses, termasuk proses kimia, yang membolehkan, atas dasar ini, menggunakan pengetahuan daripada kursus lain dalam kitaran semula jadi dan matematik, untuk membentuk pemahaman dialektik-materialistik mengenai aktiviti sekeliling. Pada masa yang sama, kursus kimia ini juga harus menyelesaikan masalah mendidik profesional - ahli kimia, serta mereka yang memerlukan pengetahuan mendalam tentang kimia untuk melaksanakan tugas profesional mereka dengan jayanya. Ia direka bentuk untuk mewujudkan asas pengetahuan kimia yang kukuh, yang berasaskannya tahap pengetahuan dan pemahaman kimia yang lebih tinggi boleh dibentuk dalam gred X - XI sekolah menengah. Kursus ini mengandaikan pelaksanaan pengajaran terbeza, dengan mengambil kira keistimewaan penguasaan pengetahuan kimia oleh pelajar yang mempunyai tahap pendidikan yang rendah dalam bahan pendidikan, dan oleh pelajar yang tahap pemahaman awal tentang kimia agak tinggi.
Program yang dibangunkan "Ekologi dan Dialektik" menganggap hubungan yang mendalam dengan biologi, fizik, geografi dan disiplin lain yang dipelajari di sekolah, yang akan membolehkan pelajar membentuk pemahaman holistik tentang dunia di sekeliling mereka.
Walau bagaimanapun, program ini direka untuk kajian mendalam subjek dengan kursus propaedeutik dalam gred ke-7 dan hanya sesuai di sekolah atau kelas khusus. Pakar dari Universiti Pedagogi Negeri Moscow dinamakan sempena. N Zvereva dan beberapa kursus bersepadu telah dibangunkan: "Biosfera dan Manusia", "Ekologi dan Tamadun", kursus kimia ekologi; "dari topik ke topik.
Program kursus bersepadu "Biosphere and Man" bertujuan untuk pelajar di sekolah menengah dan institusi khusus kemanusiaan menengah. Pendekatan ini lebih relevan kerana dalam pendidikan kemanusiaan baru-baru ini terdapat kecenderungan yang semakin meningkat untuk mengurangkan kursus dalam sains semula jadi, dan terutamanya kimia. Penyepaduan pengetahuan sains semula jadi membolehkan kita menyelesaikan masalah membentuk persepsi holistik terhadap dunia di sekeliling kita, mengembangkan minat dalam sains kimia dan mengembangkan pengetahuan kimia pada tahap yang baik.
Tujuan kursus ini adalah untuk menghijaukan kesedaran pelajar dan mempopularkan pengajaran. Idea utama kursus: manusia adalah punca masalah alam sekitar, dan hanya manusia yang boleh menyelesaikannya; integriti dan kepelbagaian dunia. Perhatian tertumpu kepada kajian alam itu sendiri, kepelbagaian tahap organisasi kehidupan, evolusi kedua-dua dunia organik dan hubungan antara manusia dan alam semula jadi.
Tetapi kursus "Biosphere and Man" adalah sangat khusus dan diisytiharkan sebagai subjek khusus yang berasingan dalam gred X-XI. Walau bagaimanapun, tidak setiap sekolah mempunyai jam tambahan dalam kurikulumnya untuk memperkenalkan kursus ini.
mencadangkan kursus ekologi "Ekologi dan Tamadun", yang mempunyai ciri antara disiplin yang jelas, termasuk aspek falsafah-sejarah, sosial-moral, biologi, geografi dan fizikal-kimia masalah alam sekitar.
Sebagai sebahagian daripada pendidikan dan asuhan alam sekitar, propaedeutik dijalankan dalam gred I-VII dalam bentuk mempelajari kursus "Dunia Di Sekeliling Anda" (Kelas I-II), "Sains Alam" (Kelas I-IV), pelajar seterusnya mengumpul pengetahuan tentang objek semula jadi, beberapa corak pembangunan alam semula jadi, fakta kesan antropogenik terhadap alam sekitar; mengajar murid sekolah
analisis kov dan pemodelan situasi mudah. Pada peringkat ini, cara yang paling berkesan ialah menghijaukan disiplin akademik dalam kombinasi dengan kursus elektif bermasalah, kerja kelab dan kerja sejarah tempatan.
Dalam proses pengajaran kimia dalam gred VIII dan IX, adalah penting untuk memasukkan pertimbangan masalah melindungi alam sekitar daripada pencemaran kimia. Kursus kimia ekologi adalah berdasarkan idea tentang hubungan antara komposisi, struktur, sifat dan fungsi biologi bahan; peranan ganda mereka dalam alam semula jadi; kebolehtukaran biologi unsur kimia dan akibat proses ini untuk organisma; sebab gangguan kitaran biogeokimia; peranan kimia dalam menyelesaikan masalah alam sekitar.
Pada peringkat akhir latihan (gred X_XI), peningkatan pengetahuan kimia berterusan dalam proses menguasai kursus kimia organik dan am. Kandungannya membolehkan kita mengembangkan idea tentang manifestasi undang-undang kimia dalam proses semula jadi; memahami corak ekologi seperti kitaran dan kesinambungan pertukaran jirim antara komponen juzuk biosfera.
Kursus kimia ekologi gred X. dilengkapi dengan kursus elektif "Kimia dan Perlindungan Alam Sekitar", yang merangkumi aspek kimia masalah alam sekitar di peringkat tempatan, serantau dan global. Bahagian penting kursus ini ialah bengkel makmal, yang melibatkan penganjuran aktiviti penyelidikan pelajar untuk mengkaji kesan antropogenik ke atas objek semula jadi.
Disiplin akademik "Ekologi dan Tamadun" diperkenalkan selari dengan pengajian kimia dalam gred X dan XI (14, ms 43).
Disebabkan oleh integrasi kursus-kursus ini, program ini dilaksanakan dalam beberapa mata pelajaran dan oleh beberapa guru.
Untuk gred VIII – XI, program kursus kimia mesra alam telah dicadangkan: dari topik ke topik. Tumpuan utamanya adalah pada fenomena tersebut -
Lenyas yang menyebabkan kebimbangan serius terhadap keadaan persekitaran semula jadi dan masa depan tamadun: pemanasan global, penipisan lapisan ozon atmosfera, hujan asid, pengumpulan logam berat toksik dan racun perosak di dalam tanah, pencemaran kawasan besar dengan radionuklid, penipisan daripada sumber semula jadi planet ini.
Alam dalam perkembangan semula jadinya berada dalam keseimbangan dinamik;
Hasil segera daripada interaksi antara manusia dan alam semula jadi adalah perubahan dalam komposisi kimia komponen alam sekitar, yang membawa kepada perubahan dalam keseimbangan semula jadi;
Pengetahuan kimia adalah sebahagian daripada pengetahuan tentang asas-asas pemuliharaan alam semula jadi, penggunaan rasional sumber semula jadi dan transformasi alam sekitar yang munasabah oleh manusia.
Peranan kimia dalam menyelesaikan masalah alam sekitar pada peringkat sekarang adalah penting:
A) Mengkaji komposisi, struktur, sifat, bagaimana bahan ini atau itu bertindak dalam atmosfera, tanah, persekitaran akuatik, apakah kesannya dan hasil transformasinya terhadap topik biologi;
B) Dengan mendedahkan mekanisme proses biogeokimia dalam kitaran semula jadi unsur, kimia menyumbang kepada penyelesaian masalah kemasukan pengeluaran perindustrian yang paling semula jadi dan "tidak menyakitkan" ke dalam kitaran semula jadi, menjadikannya sebahagian daripada mana-mana ekosistem.
C) Menggunakan pelbagai kaedah pemantauan kimia-analisis keadaan objek alam sekitar atau kualiti produk siap dalam beberapa industri (kimia, petrokimia
, mikrobiologi, farmaseutikal), kimia membolehkan anda mendapatkan maklumat yang diperlukan untuk membuat keputusan seterusnya untuk mencegah kemasukan bahan berbahaya.
Bahan baharu ke dalam objek terkawal, pembersihan objek ini, kaedah melindunginya, dsb.
Kursus kimia ekologi memungkinkan untuk mendedahkan peranan khas sains ini dalam memerangi kejahilan alam sekitar, yang ditunjukkan dalam idea yang tertanam tentang "rasa bersalah" kimia dalam keadaan persekitaran semasa, untuk menarik pelajar sekolah untuk kerja penyelidikan untuk mengkaji keadaan persekitaran semula jadi, dan untuk menanamkan dalam diri mereka rasa tanggungjawab peribadi untuk pemeliharaannya.
Nilai program ini terletak pada hakikat bahawa konsep alam sekitar bergema dalam setiap topik dalam kimia, mengembangkan, mendalam dan sistematik pengetahuan pelajar tentang undang-undang kimia asas dan hubungannya dengan keadaan alam sekitar. Apabila mempertimbangkan sebarang isu kimia, aspek alam sekitar boleh dibentangkan sama ada dalam bentuk pesanan ringkas, laporan di dalam kelas, mempertahankan esei, menyediakan eksperimen alam sekitar atau menyelesaikan masalah alam sekitar yang membantu untuk menguasai undang-undang kimia menggunakan persekitaran tertentu. contoh.
A (MPGU dinamakan sempena V.I. Lenin), (LGUU), Mu (MNPO "Sintez"), (MSU dinamakan sempena..) telah membangunkan program kursus elektif mengenai pendidikan alam sekitar untuk murid sekolah: "Gaya hidup manusia yang sihat dalam biosfera yang tercemar", "Asas ekologi am dan perlindungan alam sekitar", "Masalah ekologi wilayah Leningrad", "Peranan biologi unsur kimia". Kursus elektif ini memastikan pembentukan sistem pengetahuan pelajar (tahap kesedaran alam sekitar) yang berunsurkan budaya alam sekitar (orientasi nilai pelajar terhadap pengurusan alam sekitar berasaskan saintifik). Untuk kajian yang lebih lengkap tentang asas-asas ekologi yang berkaitan dengan asas-asas kimia, kitaran pendidikan am yang mengandungi persekitaran am
Menyelesaikan tugasan ini meningkatkan tahap motivasi pembelajaran dan memudahkan proses memperoleh pengetahuan.
Apabila membezakan mengikut minat, teknologi bersentuhan dengan teknologi pengajaran pendidikan budaya, yang menyumbang kepada pemanusiaan pendidikan. Sebagai sebahagian daripada teknologi ini, terdapat jabatan budaya alam sekitar: membiasakan diri dengan masalah memelihara alam semula jadi, alam sekitar manusia, budaya manusia yang unik: memupuk cinta alam, kajian mendalam tentang geografi, biologi dan kimia. Sebagai khusus, selalunya teknologi metodologi dan tempatan, teknologi pendidikan alam sekitar boleh digunakan, T. V. Kucher et al.
Untuk menghijaukan pengajaran kimia, mereka juga menggunakan teknologi kolaborasi dan teknologi kumpulan yang mempunyai kesan merangsang perkembangan kanak-kanak. Ia melibatkan komunikasi, interaksi, pertukaran maklumat dalam kalangan pelajar, dan persefahaman bersama.
Proses pembelajaran juga berdasarkan teknologi alternatif dan teknologi pendidikan perkembangan, berdasarkan prinsip antroposofi, mengikut mana perkembangan keupayaan untuk belajar membawa seseorang kepada kesempurnaan. Antroposofi mendasari pedagogi Waldorf R. Steiner. Pembangunan kebolehan intelek dijalankan menggunakan teknologi dan. Pendidikan perkembangan mengambil kira dan menggunakan corak perkembangan, menyesuaikan diri dengan tahap dan ciri-ciri kanak-kanak (3, ms 80-83: ms 109: ms 119-122: ms 1516 ms 181)
Penggunaan teknologi ini memungkinkan untuk mengorientasikan keperibadian pelajar ke arah persepsi segala-galanya di sekelilingnya sebagai penyelidik yang berminat yang merasakan tanggungjawab peribadi terhadap akibat aktivitinya untuk orang lain dan alam semula jadi.
Saya menggunakan serpihan teknologi yang disebutkan di atas oleh N. P. Guzik, I. N. Zakatova, NT Suraveshnaya, TV Kucher, R. Steiner, DB Elkonin dan V.V. Davydov semasa menjalankan pelajaran alam sekitar dan aktiviti ekstrakurikuler mengenai topik alam sekitar.
2.2. Bentuk pengendalian kelas pendidikan alam sekitar semasa mengajar kimia.
Dari sudut pandangan profesional, saya tertarik dengan bentuk pengendalian kelas yang tidak standard dan mengambil kira pengetahuan pelajar, seperti pelajaran ujian, pelajaran seminar, pelajaran persidangan, penggunaan didaktik, main peranan dan permainan perniagaan, dan unsur tetradisi. Saya menggunakan interaksi saling memperkayakan disiplin sains semula jadi untuk membentuk sikap holistik terhadap alam semula jadi dan mendorong standard gaya hidup sihat.
Untuk mengukuhkan orientasi alam sekitar pendidikan sekolah, saya memperkenalkan pertimbangan isu alam sekitar ke dalam bahan pendidikan setiap topik, saya memberi ruang kepada ahli ekologi pelajar yang bertugas untuk menyerlahkan masalah alam sekitar yang paling penting dalam rangka topik ini, yang membolehkan penggunaan pengetahuan alam sekitar yang paling lengkap untuk membentuk sikap prihatin pelajar terhadap alam semula jadi, kesediaan mereka untuk mengambil langkah aktif untuk melindunginya.
Konsep pedagogi saya untuk menghijaukan pengajaran kimia adalah hampir dengan kursus kimia ekologi: dari topik ke topik. Dalam pelajaran saya, saya menggunakan eksperimen alam sekitar, tugasan atau soalan, dan kerja amali dengan fokus alam sekitar.
Semasa mengkaji struktur dan sifat logam peralihan, saya menjalankan pelajaran seminar "Ciri-ciri struktur d-elemen dan kesannya terhadap alam sekitar dan kesihatan manusia." Kaedah pelajaran ini adalah seminar jenis pembangunan dan pendidikan.
Objektif pelajaran adalah untuk menyamaratakan pengetahuan pelajar tentang hukum berkala, struktur atom, keadaan elektron dalam atom; mengukuhkan kemahiran merangka litar elektronik, formula, membandingkan unsur kimia dengan kimia
aktiviti mikrofon; membiasakan pelajar dengan corak tertentu yang menentukan kelaziman logam dalam alam semula jadi, ketoksikannya, dan bahagian penyertaan dalam metabolisme organisma hidup, berdasarkan kedudukan unsur - logam dalam jadual berkala; pendedahan punca pencemaran alam sekitar oleh d-elemen, petunjuk punca utama pencemaran; membangunkan keupayaan murid sekolah untuk meramal dan menganalisis akibat pencemaran logam dalam persekitaran semula jadi; membiasakan diri dengan arahan utama pencegahan pencemaran.
Saya memilih perkataan sebagai moto pelajaran: "Sains hanya bermanfaat apabila kita menerimanya bukan sahaja dengan fikiran kita, tetapi juga dengan hati kita."
Rancangan seminar
1) Kedudukan unsur-d dalam jadual berkala.
2) Ciri-ciri struktur atom unsur-d, sifatnya.
3) d - unsur dan organisma hidup.
4) Peranan biologi dan kesan toksik unsur d.
5) Masalah pencemaran alam sekitar dengan logam dan cara menyelesaikannya.
6) Mencari d - unsur dalam alam semula jadi. Mineral yang mengandungi d-elemen di rantau Voronezh.
Pada permulaan pelajaran, saya mengemas kini pengetahuan dan menjalankan tinjauan individu dan hadapan.
a) Tinjauan individu.
1. Bekerja menggunakan kad.
2. Apakah unsur yang dipanggil unsur-d?
3. Mencirikan kedudukan d - unsur dalam jadual berkala.
4. Ciri-ciri struktur atom unsur-d; mengisi subperingkat tenaga dengan elektron, fenomena "kegagalan elektron".
b) Tinjauan hadapan.
1. Berikan rumusan moden bagi hukum berkala.
2. Apakah maksud fizikal nombor siri unsur, nombor kumpulan dan noktah?
3. Apakah nombor kuantum yang menerangkan keadaan elektron dalam atom?
4. Apakah peraturan yang mendasari pembuatan gambar rajah grafik struktur atom?
5. Lukis gambar rajah grafik dan tulis formula elektronik untuk struktur atom unsur kimia berikut: skandium, besi, niobium, (“kegagalan” elektron) (semak melalui horoskop)
Pada peringkat kedua, saya meminta pelajar menyelesaikan tugasan teks menggunakan tiga pilihan. Mereka akan menulis jawapan mereka pada kertas yang ditapis yang direndam dalam fenolftalein, menitiskan larutan alkali ke dalam kedudukan yang dikehendaki, pada pendapat mereka. Jika jawapannya betul, isyarat warna muncul di atas kertas.
Ini membolehkan hasil kerja pelajar dinilai dengan segera.
Keanehan struktur atom unsur-d adalah disebabkan oleh kehadiran di dalamnya lebihan orbital valensi dan kekurangan
Hari ini tidak ada keperluan untuk meyakinkan sesiapa tentang isu kepentingan yang sangat besar yang berkaitan dengan permainan perlindungan alam sekitar untuk semua manusia. Masalah ini kompleks dan pelbagai rupa. Ia merangkumi bukan sahaja aspek saintifik semata-mata, tetapi juga ekonomi, sosial, politik, undang-undang, dan estetika.
Proses yang menentukan keadaan semasa biosfera adalah berdasarkan transformasi kimia bahan. Aspek kimia masalah perlindungan alam sekitar membentuk bahagian baru kimia moden, dipanggil ekologi kimia. Arah ini mengkaji proses kimia yang berlaku di biosfera, pencemaran kimia alam sekitar dan kesannya terhadap keseimbangan ekologi, mencirikan bahan pencemar kimia utama dan kaedah untuk menentukan tahap pencemaran, membangunkan kaedah fizikal dan kimia untuk memerangi pencemaran alam sekitar, dan mencari untuk sumber tenaga baharu yang mesra alam dan sebagainya.
Memahami intipati masalah perlindungan alam sekitar, sudah tentu, memerlukan kebiasaan dengan beberapa konsep awal, definisi, pertimbangan, kajian terperinci yang seharusnya menyumbang bukan sahaja kepada pemahaman yang lebih mendalam tentang intipati masalah, tetapi juga kepada pembangunan pendidikan alam sekitar. Sfera geologi planet, serta struktur biosfera dan proses kimia yang berlaku di dalamnya diringkaskan dalam rajah 1.
Biasanya beberapa geosfera dibezakan. Litosfera adalah cangkang keras luar Bumi, yang terdiri daripada dua lapisan: lapisan atas, dibentuk oleh batuan sedimen, termasuk granit, dan lapisan bawah, basalt. Hidrosfera ialah semua lautan dan lautan (Lautan Dunia), membentuk 71% daripada permukaan Bumi, serta tasik dan sungai. Purata kedalaman lautan adalah 4 km, dan dalam beberapa lekukan ia adalah sehingga 11 km. Atmosfera adalah lapisan di atas permukaan litosfera dan hidrosfera, mencapai 100 km. Lapisan bawah atmosfera (15 km) dipanggil troposfera. Ia termasuk wap air terampai di udara, bergerak apabila permukaan planet dipanaskan secara tidak rata. Stratosfera memanjang di atas troposfera, di sempadan yang mana cahaya utara muncul. Di stratosfera pada ketinggian 45 km terdapat lapisan ozon yang memantulkan sinaran kosmik yang merosakkan kehidupan dan sebahagian sinaran ultraungu. Di atas stratosfera memanjangkan ionosfera - lapisan gas jarang yang diperbuat daripada atom terion.
Di antara semua sfera Bumi, biosfera menduduki tempat yang istimewa. Biosfera ialah cangkang geologi Bumi bersama-sama dengan organisma hidup yang mendiaminya: mikroorganisma, tumbuhan, haiwan. Ia termasuk bahagian atas litosfera, seluruh hidrosfera, troposfera dan bahagian bawah stratosfera (termasuk lapisan ozon). Sempadan biosfera ditentukan oleh had atas kehidupan, dihadkan oleh kepekatan sengit sinaran ultraungu, dan had bawah, dihadkan oleh suhu tinggi bahagian dalam bumi; Hanya organisma yang lebih rendah - bakteria - mencapai had melampau biosfera. Menduduki tempat istimewa dalam biosfera lapisan pelindung ozon. Atmosfera hanya mengandungi vol. % ozon, tetapi ia mewujudkan keadaan di Bumi yang membolehkan kehidupan timbul dan terus berkembang di planet kita.
Kitaran berterusan jirim dan tenaga berlaku di biosfera. Pada asasnya unsur-unsur yang sama sentiasa terlibat dalam kitaran bahan: hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen, sulfur. Dari alam semula jadi mereka masuk ke dalam komposisi tumbuhan, dari tumbuhan - ke haiwan dan manusia. Atom unsur-unsur ini dikekalkan dalam lingkaran kehidupan selama beratus-ratus juta tahun, yang disahkan oleh analisis isotop. Lima unsur ini dipanggil biofilik (mencintai kehidupan), dan bukan semua isotopnya, tetapi hanya yang ringan. Oleh itu, daripada tiga isotop hidrogen, hanya . Daripada tiga isotop oksigen yang wujud secara semula jadi 
biofilik sahaja, dan daripada isotop karbon - sahaja.
Peranan karbon dalam kemunculan kehidupan di Bumi benar-benar besar. Terdapat sebab untuk mempercayai bahawa semasa pembentukan kerak bumi, sebahagian daripada karbon memasuki lapisan dalamnya dalam bentuk mineral seperti karbida, dan sebahagian lagi dikekalkan oleh atmosfera dalam bentuk CO. Penurunan suhu pada peringkat tertentu pembentukan planet ini disertai dengan interaksi CO dengan wap air melalui tindak balas kcal, sehingga pada masa air cair muncul di Bumi, karbon atmosfera mestilah dalam bentuk karbon dioksida. . Menurut rajah kitar karbon di bawah, karbon dioksida atmosfera diekstrak oleh tumbuhan (1), dan melalui sambungan makanan (2) karbon memasuki badan haiwan:
Pernafasan haiwan dan tumbuhan serta pereputan sisa mereka sentiasa mengembalikan jisim karbon yang besar ke atmosfera dan perairan laut dalam bentuk karbon dioksida (3, 4). Pada masa yang sama, terdapat beberapa penyingkiran karbon daripada kitaran disebabkan oleh mineralisasi separa sisa tumbuhan (5) dan haiwan (6).
Tambahan, dan lebih berkuasa, penyingkiran karbon daripada kitaran ialah proses bukan organik luluhawa batu (7), di mana logam yang terkandung di bawah pengaruh atmosfera diubah menjadi garam karbon dioksida, yang kemudiannya dibasuh oleh air dan dibawa oleh sungai ke lautan, diikuti oleh pemendapan separa. Mengikut anggaran kasar, sehingga 2 bilion tan karbon terikat setiap tahun apabila batuan terluluhawa dari atmosfera. Penggunaan yang begitu besar tidak dapat diimbangi oleh pelbagai proses semula jadi yang berlaku secara bebas (letusan gunung berapi, sumber gas, kesan ribut petir pada batu kapur, dll.), yang membawa kepada peralihan terbalik karbon daripada mineral ke atmosfera (8). Oleh itu, kedua-dua peringkat bukan organik dan organik kitaran karbon bertujuan untuk mengurangkan kandungan di atmosfera. Dalam hal ini, perlu diingatkan bahawa aktiviti manusia yang sedar dengan ketara mempengaruhi kitaran karbon keseluruhan dan, pada dasarnya mempengaruhi semua arah proses yang berlaku semasa kitaran semula jadi, akhirnya mengimbangi kebocoran dari atmosfera. Cukuplah untuk mengatakan bahawa disebabkan oleh pembakaran arang batu sahaja, lebih daripada 1 bilion tan karbon dikembalikan ke atmosfera setiap tahun (pada pertengahan abad kita). Dengan mengambil kira penggunaan jenis bahan api fosil lain (gambut, minyak, dll.), serta beberapa proses perindustrian yang membawa kepada pelepasan , kita boleh mengandaikan bahawa angka ini sebenarnya lebih tinggi.
Oleh itu, pengaruh manusia terhadap kitaran transformasi karbon adalah bertentangan secara langsung dalam arah kepada jumlah hasil kitaran semula jadi:
Imbangan tenaga bumi terdiri daripada pelbagai sumber, tetapi yang paling penting ialah tenaga suria dan radioaktif. Semasa evolusi Bumi, pereputan radioaktif adalah sengit, dan 3 bilion tahun yang lalu terdapat 20 kali lebih banyak haba radioaktif daripada sekarang. Pada masa ini, haba sinaran matahari yang jatuh ke Bumi dengan ketara melebihi haba dalaman daripada pereputan radioaktif, sehingga sumber utama haba kini boleh dianggap sebagai tenaga Matahari. Matahari memberi kita kcal haba setiap tahun. Menurut rajah di atas, 40% tenaga suria dipantulkan oleh Bumi ke angkasa, 60% diserap oleh atmosfera dan tanah. Sebahagian daripada tenaga ini dibelanjakan untuk fotosintesis, sebahagiannya pergi ke pengoksidaan bahan organik, dan sebahagiannya dipelihara dalam arang batu, minyak, dan gambut. Tenaga suria merangsang proses iklim, geologi dan biologi di Bumi pada skala yang besar. Di bawah pengaruh biosfera, tenaga suria ditukar kepada pelbagai bentuk tenaga, menyebabkan perubahan besar, migrasi, dan peredaran bahan. Walaupun kehebatannya, biosfera adalah sistem terbuka, kerana ia sentiasa menerima aliran tenaga suria.
Fotosintesis merangkumi set tindak balas kompleks yang berbeza sifat. Dalam proses ini, ikatan dalam molekul dan disusun semula, supaya bukannya ikatan karbon-oksigen dan hidrogen-oksigen sebelumnya, jenis baru ikatan kimia timbul: karbon-hidrogen dan karbon-karbon:
Hasil daripada transformasi ini, molekul karbohidrat muncul, yang merupakan pekat tenaga dalam sel. Oleh itu, dari segi kimia, intipati fotosintesis terletak pada penyusunan semula ikatan kimia. Dari sudut ini, fotosintesis boleh dipanggil proses sintesis sebatian organik menggunakan tenaga cahaya. Persamaan keseluruhan fotosintesis menunjukkan bahawa selain karbohidrat, oksigen juga dihasilkan:
tetapi persamaan ini tidak memberikan gambaran tentang mekanismenya. Fotosintesis ialah proses yang kompleks dan berbilang peringkat di mana, dari sudut pandangan biokimia, peranan utama adalah milik klorofil, bahan organik hijau yang menyerap kuantum tenaga suria. Mekanisme proses fotosintesis boleh diwakili oleh rajah berikut:
Seperti yang dapat dilihat dari rajah, dalam fasa cahaya fotosintesis, tenaga berlebihan elektron "teruja" menimbulkan proses: fotolisis - dengan pembentukan oksigen molekul dan hidrogen atom:
dan sintesis asid trifosforik adenosin (ATP) daripada asid adenosin difosforik (ADP) dan asid fosforik (P). Dalam fasa gelap, sintesis karbohidrat berlaku, untuk pelaksanaannya tenaga ATP dan atom hidrogen, yang timbul dalam fasa cahaya akibat penukaran tenaga cahaya dari Matahari, digunakan. Produktiviti keseluruhan fotosintesis adalah sangat besar: setiap tahun tumbuh-tumbuhan Bumi menyerap 170 bilion tan karbon. Di samping itu, tumbuhan melibatkan berbilion tan fosforus, sulfur dan unsur-unsur lain dalam sintesis, akibatnya kira-kira 400 bilion tan bahan organik disintesis setiap tahun. Namun begitu, untuk semua kehebatannya, fotosintesis semula jadi adalah proses yang perlahan dan tidak berkesan, kerana daun hijau menggunakan hanya 1% daripada tenaga suria yang jatuh ke atasnya untuk fotosintesis.
Seperti yang dinyatakan di atas, sebagai hasil daripada penyerapan karbon dioksida dan transformasi selanjutnya semasa fotosintesis, molekul karbohidrat terbentuk, yang berfungsi sebagai rangka karbon untuk pembinaan semua sebatian organik dalam sel. Bahan organik yang dihasilkan semasa fotosintesis dicirikan oleh bekalan tenaga dalaman yang tinggi. Tetapi tenaga yang terkumpul dalam produk akhir fotosintesis tidak tersedia untuk kegunaan langsung dalam tindak balas kimia yang berlaku dalam organisma hidup. Penukaran tenaga berpotensi ini kepada bentuk aktif dijalankan dalam proses biokimia lain - respirasi. Tindak balas kimia utama proses pernafasan ialah penyerapan oksigen dan pembebasan karbon dioksida:
Walau bagaimanapun, proses pernafasan adalah sangat kompleks. Ia melibatkan pengaktifan atom hidrogen substrat organik, pembebasan dan mobilisasi tenaga dalam bentuk ATP dan penjanaan rangka karbon. Semasa proses pernafasan, karbohidrat, lemak dan protein, dalam tindak balas pengoksidaan biologi dan penstrukturan semula secara beransur-ansur rangka organik, melepaskan atom hidrogennya untuk membentuk bentuk terkurang. Yang terakhir, apabila teroksida dalam rantai pernafasan, membebaskan tenaga, yang terkumpul dalam bentuk aktif dalam tindak balas berganding sintesis ATP. Oleh itu, fotosintesis dan respirasi adalah berbeza, tetapi aspek pertukaran tenaga am sangat berkait rapat. Dalam sel tumbuhan hijau, proses fotosintesis dan respirasi berkait rapat. Proses pernafasan di dalamnya, seperti dalam semua sel hidup yang lain, adalah tetap. Pada siang hari, bersama-sama dengan pernafasan, fotosintesis berlaku di dalamnya: sel tumbuhan menukar tenaga cahaya kepada tenaga kimia, mensintesis bahan organik, dan membebaskan oksigen sebagai hasil sampingan tindak balas. Jumlah oksigen yang dikeluarkan oleh sel tumbuhan semasa fotosintesis adalah 20-30 kali lebih besar daripada penyerapannya semasa proses respirasi serentak. Oleh itu, pada siang hari, apabila kedua-dua proses berlaku dalam tumbuhan, udara diperkaya dengan oksigen, dan pada waktu malam, apabila fotosintesis berhenti, hanya proses pernafasan yang dipelihara.
Oksigen yang diperlukan untuk bernafas memasuki tubuh manusia melalui paru-paru, yang dindingnya nipis dan lembap mempunyai luas permukaan yang besar (kira-kira 90) dan ditembusi oleh saluran darah. Masuk ke dalamnya, oksigen terbentuk dengan hemoglobin yang terkandung dalam sel darah merah - eritrosit - sebatian kimia yang rapuh - oksihemoglobin dan dalam bentuk ini dibawa oleh darah arteri merah ke semua tisu badan. Di dalamnya, oksigen dipisahkan dari hemoglobin dan termasuk dalam pelbagai proses metabolik, khususnya, ia mengoksidakan bahan organik yang memasuki badan dalam bentuk makanan. Dalam tisu, karbon dioksida bergabung dengan hemoglobin, membentuk sebatian rapuh - carbhemoglobin. Dalam bentuk ini, dan juga sebahagiannya dalam bentuk garam asid karbonik dan dalam bentuk terlarut secara fizikal, karbon dioksida memasuki paru-paru dengan aliran darah vena gelap, di mana ia dikeluarkan dari badan. Secara skematik, proses pertukaran gas dalam tubuh manusia ini boleh diwakili oleh tindak balas berikut:
Biasanya, udara yang disedut oleh seseorang mengandungi 21% (mengikut isipadu) dan 0.03%, dan udara yang dihembus mengandungi 16% dan 4%; setiap hari seseorang menghembus nafas 0.5. Begitu juga dengan oksigen, karbon monoksida (CO) bertindak balas dengan hemoglobin, dan sebatian yang terhasil ialah Heme. CO jauh lebih tahan lama. Oleh itu, walaupun pada kepekatan CO yang rendah di udara, sebahagian besar hemoglobin terikat padanya dan berhenti mengambil bahagian dalam pemindahan oksigen. Apabila udara mengandungi 0.1% CO (mengikut isipadu), i.e. pada nisbah CO dan 1:200, jumlah yang sama bagi kedua-dua gas diikat oleh hemoglobin. Disebabkan ini, apabila menyedut udara yang diracuni oleh karbon monoksida, kematian akibat sesak nafas boleh berlaku, walaupun terdapat oksigen berlebihan.
Penapaian, sebagai proses penguraian bahan bergula dengan kehadiran sejenis mikroorganisma yang istimewa, sering berlaku di alam semula jadi sehingga alkohol, walaupun dalam kuantiti yang tidak ketara, adalah komponen tetap air tanah, dan wapnya sentiasa terkandung dalam kuantiti yang kecil. di udara. Skim penapaian yang paling mudah boleh diwakili oleh persamaan:
Walaupun mekanisme proses penapaian adalah kompleks, masih boleh dikatakan bahawa derivatif asid fosforik (ATP), serta beberapa enzim, memainkan peranan yang sangat penting di dalamnya.
Membusuk adalah proses biokimia yang kompleks, akibatnya najis, mayat, dan tumbuhan kekal kembali ke tanah nitrogen terikat yang diambil daripadanya. Di bawah pengaruh bakteria khas, nitrogen terikat ini akhirnya bertukar menjadi ammonia dan garam ammonium. Di samping itu, semasa pereputan, sebahagian daripada nitrogen terikat bertukar menjadi nitrogen bebas dan hilang.
Seperti berikut dari rajah di atas, sebahagian daripada tenaga suria yang diserap oleh planet kita "dipelihara" dalam bentuk gambut, minyak, dan arang batu. Pergeseran kuat kerak bumi menimbus jisim tumbuhan yang besar di bawah lapisan batu. Apabila organisma tumbuhan mati terurai tanpa akses kepada udara, produk penguraian yang meruap dilepaskan, dan sisanya diperkaya secara beransur-ansur dalam karbon. Ini mempunyai kesan yang sepadan dengan komposisi kimia dan nilai kalori produk penguraian, yang, bergantung pada ciri-cirinya, dipanggil gambut, coklat dan arang batu (antrasit). Seperti hidupan tumbuhan, kehidupan haiwan pada zaman lampau juga meninggalkan warisan berharga kepada kita - minyak. Lautan dan laut moden mengandungi pengumpulan besar organisma ringkas di lapisan atas air hingga kedalaman kira-kira 200 m (plankton) dan di bahagian bawah tempat yang tidak terlalu dalam (benthos). Jumlah jisim plankton dan benthos dianggarkan pada angka yang besar (~ t). Sebagai asas pemakanan untuk semua organisma laut yang lebih kompleks, plankton dan benthos pada masa ini tidak mungkin terkumpul sebagai tinggalan. Walau bagaimanapun, dalam zaman geologi yang jauh, apabila keadaan untuk pembangunan mereka lebih baik, dan terdapat lebih sedikit pengguna daripada sekarang, sisa plankton dan benthos, serta, mungkin, haiwan yang lebih teratur, yang mati secara beramai-ramai untuk satu. sebab atau yang lain, boleh menjadi bahan binaan utama untuk pembentukan minyak. Minyak mentah adalah cecair berminyak yang tidak larut dalam air, hitam atau coklat. Ia terdiri daripada 83-87% karbon, 10-14% hidrogen dan sejumlah kecil nitrogen, oksigen dan sulfur. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada antrasit dan dianggarkan 11,000 kcal/kg.
Biojisim difahami sebagai keseluruhan semua organisma hidup dalam biosfera, i.e. jumlah bahan organik dan tenaga yang terkandung di dalamnya daripada keseluruhan populasi individu. Biojisim biasanya dinyatakan dalam unit berat dari segi bahan kering per unit luas atau isipadu. Pengumpulan biojisim ditentukan oleh aktiviti penting tumbuhan hijau. Dalam biogeocenoses, mereka, sebagai pengeluar bahan hidup, memainkan peranan sebagai "pengeluar", haiwan herbivor dan karnivor, sebagai pengguna bahan organik hidup, memainkan peranan sebagai "pengguna," dan pemusnah sisa organik (mikroorganisma), membawa pecahan bahan organik kepada sebatian mineral mudah, adalah "pengurai." Ciri tenaga khas biojisim ialah keupayaannya untuk membiak. Menurut definisi V.I. Vernadsky, "bahan hidup (kumpulan organisma), seperti jisim gas, merebak ke atas permukaan bumi dan memberikan tekanan tertentu dalam persekitaran, memintas halangan yang menghalang kemajuannya, atau mengambil milik mereka, menutupi mereka. Pergerakan ini dicapai melalui pembiakan organisma." Di permukaan tanah, biojisim meningkat dalam arah dari kutub ke khatulistiwa. Dalam arah yang sama, bilangan spesies yang mengambil bahagian dalam biogeocenoses semakin meningkat (lihat di bawah). Biosenos tanah meliputi seluruh permukaan tanah.
Tanah ialah lapisan permukaan longgar kerak bumi, diubah suai oleh atmosfera dan organisma dan sentiasa diisi semula dengan sisa organik. Ketebalan tanah, bersama-sama dengan biojisim permukaan dan di bawah pengaruhnya, meningkat dari kutub ke khatulistiwa. Tanah ini dihuni padat oleh organisma hidup, dan pertukaran gas berterusan berlaku di dalamnya. Pada waktu malam, apabila gas sejuk dan mampat, beberapa udara memasukinya. Oksigen daripada udara diserap oleh haiwan dan tumbuhan dan merupakan sebahagian daripada sebatian kimia. Nitrogen yang dimasukkan ke dalam udara ditangkap oleh beberapa bakteria. Pada siang hari, apabila tanah menjadi panas, ammonia, hidrogen sulfida dan karbon dioksida dibebaskan daripadanya. Semua proses yang berlaku di dalam tanah termasuk dalam kitaran bahan dalam biosfera.
Hidrosfera Bumi, atau Lautan Dunia, menduduki lebih daripada 2/3 permukaan planet. Sifat fizikal dan komposisi kimia perairan laut adalah sangat malar dan mewujudkan persekitaran yang sesuai untuk kehidupan. Haiwan akuatik mengeluarkannya melalui pernafasan, dan alga memperkayakan air melalui fotosintesis. Fotosintesis alga berlaku terutamanya di lapisan atas air - pada kedalaman sehingga 100 m. Plankton lautan menyumbang 1/3 daripada fotosintesis yang berlaku di seluruh planet. Di lautan, biojisim kebanyakannya tersebar. Secara purata, biojisim di Bumi, menurut data moden, adalah kira-kira t, jisim tumbuhan tanah hijau adalah 97%, haiwan dan mikroorganisma adalah 3%. Terdapat 1000 kali lebih sedikit biojisim hidup di Lautan Dunia berbanding di darat. Penggunaan tenaga suria di kawasan lautan adalah 0.04%, di darat - 0.1%. Lautan tidak begitu kaya dengan kehidupan seperti yang disangkakan baru-baru ini.
Kemanusiaan hanya membentuk sebahagian kecil daripada biojisim biosfera. Walau bagaimanapun, setelah menguasai pelbagai bentuk tenaga - mekanikal, elektrikal, atom - ia mula mempunyai pengaruh yang besar terhadap proses yang berlaku di biosfera. Aktiviti manusia telah menjadi kuasa yang begitu kuat sehingga daya ini telah menjadi setanding dengan kuasa semula jadi alam. Analisis hasil aktiviti manusia dan kesan aktiviti ini pada biosfera secara keseluruhannya diketuai oleh Academician V.I. Vernadsky membuat kesimpulan bahawa pada masa ini manusia telah mencipta cangkang baru Bumi - "pintar". Vernadsky memanggilnya "noosfera". Noosfera ialah "fikiran kolektif manusia, tertumpu pada keupayaan potensinya dan pengaruh kinetik pada biosfera. Pengaruh ini, bagaimanapun, selama berabad-abad adalah spontan dan kadang-kadang bersifat pemangsa, dan akibat daripada pengaruh tersebut mengancam alam sekitar. pencemaran, dengan segala akibatnya."
Pertimbangan isu yang berkaitan dengan masalah perlindungan alam sekitar memerlukan penjelasan konsep " persekitaran"Istilah ini bermaksud seluruh planet kita ditambah dengan cangkang nipis kehidupan - biosfera, serta angkasa lepas yang mengelilingi kita dan memberi kesan kepada kita. Walau bagaimanapun, untuk kesederhanaan, alam sekitar selalunya bermaksud hanya biosfera dan sebahagian daripada planet kita - kerak bumi. Menurut kepada V.I. Vernadsky, biosfera ialah "kawasan kewujudan bahan hidup." Bahan hidup ialah keseluruhan semua organisma hidup, termasuk manusia.
Ekologi sebagai sains tentang hubungan organisma antara satu sama lain, serta antara organisma dan persekitarannya, memberi perhatian khusus kepada kajian sistem kompleks (ekosistem) yang timbul di alam semula jadi berdasarkan interaksi organisma antara satu sama lain. dan persekitaran tak organik. Oleh itu, ekosistem ialah himpunan komponen alam semula jadi yang hidup dan tidak hidup yang berinteraksi. Konsep ini terpakai kepada unit yang berbeza-beza tahap - dari bukit semut (mikroekosistem) hingga lautan (makroekosistem). Biosfera itu sendiri adalah ekosistem gergasi dunia.
Sambungan antara komponen ekosistem timbul terutamanya berdasarkan sambungan makanan dan kaedah mendapatkan tenaga. Mengikut kaedah mendapatkan dan menggunakan bahan pemakanan dan tenaga, semua organisma biosfera dibahagikan kepada dua kumpulan yang sangat berbeza: autotrof dan heterotrof. Autotrof mampu mensintesis bahan organik daripada sebatian tak organik (, dsb.). Daripada sebatian yang kurang tenaga ini, sel mensintesis glukosa, asid amino, dan kemudian sebatian organik yang lebih kompleks - karbohidrat, protein, dll. Autotrof utama di Bumi ialah sel tumbuhan hijau, serta beberapa mikroorganisma. Heterotrof tidak dapat mensintesis bahan organik daripada sebatian tak organik. Mereka memerlukan penghantaran sebatian organik siap sedia. Heterotrof ialah sel haiwan, manusia, kebanyakan mikroorganisma dan beberapa tumbuhan (contohnya, kulat dan tumbuhan hijau yang tidak mengandungi klorofil). Dalam proses pemakanan, heterotrof akhirnya menguraikan bahan organik menjadi karbon dioksida, air dan garam mineral, i.e. bahan yang sesuai untuk digunakan semula oleh autotrof.
Oleh itu, kitaran bahan yang berterusan berlaku di alam semula jadi: bahan kimia yang diperlukan untuk kehidupan diekstrak oleh autotrof dari persekitaran dan dikembalikan kepadanya semula melalui satu siri heterotrof. Untuk menjalankan proses ini, aliran tenaga yang berterusan dari luar diperlukan. Sumbernya ialah tenaga pancaran Matahari. Pergerakan jirim yang disebabkan oleh aktiviti organisma berlaku secara kitaran, dan ia boleh digunakan berulang kali, manakala tenaga dalam proses ini diwakili oleh aliran satu arah. Tenaga Matahari hanya diubah oleh organisma ke dalam bentuk lain - kimia, mekanikal, haba. Selaras dengan undang-undang termodinamik, transformasi sedemikian sentiasa disertai dengan pelesapan sebahagian tenaga dalam bentuk haba. Walaupun skema umum kitaran bahan agak mudah, dalam keadaan semula jadi sebenar proses ini mengambil bentuk yang sangat kompleks. Tidak ada satu jenis organisma heterotropik yang mampu memecahkan bahan organik tumbuhan dengan segera kepada produk mineral akhir (, dsb.). Setiap spesies hanya menggunakan sebahagian daripada tenaga yang terkandung dalam bahan organik, membawa penguraiannya ke peringkat tertentu. Sisa yang tidak sesuai untuk spesies tertentu, tetapi masih kaya dengan tenaga, digunakan oleh organisma lain. Oleh itu, dalam proses evolusi, rantaian spesies yang saling berkaitan telah terbentuk dalam ekosistem, secara berturut-turut mengekstrak bahan dan tenaga daripada bahan makanan asal. Semua spesies yang membentuk rantai makanan wujud pada bahan organik yang dihasilkan oleh tumbuhan hijau.
Secara keseluruhan, hanya 1% daripada tenaga pancaran Matahari yang jatuh pada tumbuhan ditukar kepada tenaga bahan organik tersintesis, yang boleh digunakan oleh organisma heterotrofik. Kebanyakan tenaga yang terkandung dalam makanan tumbuhan dibelanjakan dalam badan haiwan untuk pelbagai proses penting dan, bertukar menjadi haba, hilang. Lebih-lebih lagi, hanya 10-20% daripada tenaga makanan ini terus kepada pembinaan bahan baru. Kehilangan besar tenaga berguna menentukan bahawa rantai makanan terdiri daripada sebilangan kecil pautan (3-5). Dalam erti kata lain, akibat kehilangan tenaga, jumlah bahan organik yang dihasilkan pada setiap peringkat rantai makanan berikutnya berkurangan dengan mendadak. Corak penting ini dipanggil peraturan piramid ekologi dan pada rajah ia diwakili oleh piramid, di mana setiap aras berikutnya sepadan dengan satah selari dengan dasar piramid. Terdapat pelbagai kategori piramid ekologi: piramid nombor - mencerminkan bilangan individu pada setiap peringkat rantai makanan, piramid biojisim - mencerminkan jumlah bahan organik yang sepadan, piramid tenaga - mencerminkan jumlah tenaga dalam makanan.
Mana-mana ekosistem terdiri daripada dua komponen. Salah satunya adalah organik, mewakili kompleks spesies yang membentuk sistem mampan diri di mana peredaran bahan berlaku, yang dipanggil biocenosis, yang lain adalah komponen bukan organik yang memberi perlindungan kepada biocenosis dan dipanggil bioton:
Ekosistem = bioton + biocenosis.
Ekosistem lain, serta pengaruh geologi, iklim dan kosmik berhubung dengan sistem ekologi tertentu bertindak sebagai kuasa luar. Kelestarian ekosistem sentiasa berkaitan dengan pembangunannya. Menurut pandangan moden, ekosistem mempunyai kecenderungan untuk berkembang ke arah keadaan stabil - ekosistem yang matang. Perubahan ini dipanggil penggantian. Peringkat awal penggantian dicirikan oleh kepelbagaian spesies yang rendah dan biojisim yang rendah. Ekosistem pada peringkat awal pembangunan sangat sensitif terhadap gangguan, dan kesan kuat terhadap aliran tenaga utama boleh memusnahkannya. Dalam ekosistem matang, flora dan fauna meningkat. Dalam kes ini, kerosakan pada satu komponen tidak boleh memberi kesan yang kuat kepada keseluruhan ekosistem. Oleh itu, ekosistem yang matang mempunyai tahap kemampanan yang tinggi.
Seperti yang dinyatakan di atas, pengaruh geologi, iklim, hidrogeologi dan kosmik berhubung dengan sistem ekologi tertentu bertindak sebagai kuasa luar. Di antara kuasa luar yang mempengaruhi ekosistem, pengaruh manusia menduduki tempat yang istimewa. Undang-undang biologi struktur, fungsi dan pembangunan ekosistem semula jadi hanya dikaitkan dengan organisma yang merupakan komponen yang diperlukannya. Dalam hal ini, seseorang, baik dari segi sosial (personaliti) dan biologi (organisma), bukanlah sebahagian daripada ekosistem semula jadi. Ini berikutan sekurang-kurangnya daripada fakta bahawa mana-mana ekosistem semula jadi dalam kemunculan dan pembangunannya boleh dilakukan tanpa manusia. Manusia bukanlah elemen yang diperlukan dalam sistem ini. Di samping itu, kemunculan dan kewujudan organisma hanya ditentukan oleh undang-undang umum ekosistem, manakala manusia dihasilkan oleh masyarakat dan wujud dalam masyarakat. Manusia sebagai individu dan sebagai makhluk biologi adalah komponen sistem khas - masyarakat manusia, yang telah mengubah sejarah undang-undang ekonomi untuk pengagihan makanan dan syarat-syarat lain kewujudannya. Pada masa yang sama, seseorang menerima unsur-unsur yang diperlukan untuk kehidupan, seperti udara dan air, dari luar, kerana masyarakat manusia adalah sistem terbuka di mana tenaga dan bahan datang dari luar. Oleh itu, seseorang adalah "elemen luaran" dan tidak boleh memasuki hubungan biologi kekal dengan unsur ekosistem semula jadi. Sebaliknya, bertindak sebagai kuasa luar, manusia mempunyai pengaruh yang besar terhadap ekosistem. Dalam hal ini, adalah perlu untuk menunjukkan kemungkinan kewujudan dua jenis ekosistem: semula jadi (semula jadi) dan buatan. Pembangunan (penggantian) ekosistem semula jadi mematuhi undang-undang evolusi atau undang-undang pengaruh kosmik (kekal atau malapetaka). Ekosistem buatan- ini adalah koleksi organisma hidup dan tumbuhan yang hidup dalam keadaan yang dicipta oleh manusia dengan tenaga kerja dan pemikirannya. Kuasa pengaruh manusia terhadap alam semula jadi ditunjukkan dengan tepat dalam ekosistem buatan, yang hari ini meliputi sebahagian besar biosfera Bumi.
Campur tangan ekologi manusia jelas sentiasa berlaku. Semua aktiviti manusia sebelum ini boleh dianggap sebagai proses menundukkan banyak atau bahkan semua sistem ekologi, semua biosenos kepada keperluan manusia. Campur tangan manusia tidak boleh tetapi menjejaskan keseimbangan ekologi. Malah manusia purba, dengan membakar hutan, mengganggu keseimbangan ekologi, tetapi dia melakukannya dengan perlahan dan pada skala yang agak kecil. Campur tangan sedemikian lebih bersifat tempatan dan tidak menyebabkan kesan global. Dalam erti kata lain, aktiviti manusia pada masa itu berlaku dalam keadaan yang hampir dengan keseimbangan. Walau bagaimanapun, kini kesan manusia terhadap alam semula jadi, disebabkan oleh perkembangan sains, teknologi dan teknologi, telah mengambil skala sedemikian sehingga gangguan keseimbangan ekologi telah menjadi mengancam pada skala global. Jika proses pengaruh manusia ke atas ekosistem tidak spontan, malah kadangkala pemangsa, maka isu krisis alam sekitar tidak akan menjadi begitu meruncing. Sementara itu, aktiviti manusia hari ini telah menjadi sangat sepadan dengan kuasa alam yang berkuasa sehingga alam itu sendiri tidak lagi mampu menampung beban yang dialaminya.
Oleh itu, intipati utama masalah perlindungan alam sekitar ialah manusia, berkat aktiviti buruhnya, telah menjadi kuasa pembentuk alam semula jadi yang begitu kuat sehingga pengaruhnya mula menampakkan dirinya lebih cepat daripada pengaruh evolusi semula jadi biosfera.
Walaupun istilah "perlindungan alam sekitar" sangat umum pada hari ini, ia masih tidak menggambarkan intipati perkara itu secara ketat. Ahli fisiologi I.M. Sechenov pernah menegaskan bahawa organisma hidup tidak boleh wujud tanpa interaksi dengan alam sekitar. Dari sudut pandangan ini, istilah "pengurusan alam sekitar" nampaknya lebih ketat. Secara umum, masalah penggunaan rasional alam sekitar terletak pada pencarian mekanisme yang memastikan fungsi normal biosfera.
SOALAN KAWALAN
1. Takrifkan konsep “alam sekitar”.
2. Apakah intipati utama masalah perlindungan alam sekitar?
3. Senaraikan pelbagai aspek masalah alam sekitar.
4. Takrifkan istilah "ekologi kimia".
5. Senaraikan geosfera utama planet kita.
6. Nyatakan faktor yang menentukan had atas dan bawah biosfera.
7. Senaraikan unsur biofilik.
8. Ulas tentang kesan aktiviti manusia terhadap kitaran semula jadi transformasi karbon.
9. Apakah yang anda boleh katakan tentang mekanisme fotosintesis?
10. Berikan gambar rajah proses pernafasan.
11. Berikan gambar rajah proses penapaian.
12. Takrifkan konsep "pengeluar", "pengguna", "pengurai".
13. Apakah perbezaan antara "autotrof" dan "heterotrof"?
14. Takrifkan konsep "noosfera".
15. Apakah intipati peraturan "piramid ekologi"?
16. Takrifkan konsep "biotone" dan "biocenosis".
17. Takrifkan konsep “ekosistem”.
Unsur mikro dan enzim. Pengenalan kepada metaloenzim. Enzim spesifik dan tidak spesifik. Peranan ion logam dalam enzim. Persamaan mendatar dalam tindakan biologi unsur-d. Sinergisme dan antagonis unsur.
Kecenderungan ion d-elemen kepada hidrolisis dan pempolimeran
Dalam persekitaran berasid, ion unsur-d adalah dalam bentuk ion terhidrat [M(H 2 O) m ] n+. Dengan peningkatan pH, ion terhidrat bagi banyak unsur-d, kerana casnya yang besar dan saiz ion yang kecil, mempunyai kesan polarisasi yang tinggi pada molekul air, keupayaan penerima untuk ion hidroksida, menjalani hidrolisis kationik, dan membentuk ikatan kovalen yang kuat dengan OH - . Proses ini berakhir sama ada dengan pembentukan garam asas [M(OH) m ] (m-n)+, atau hidroksida tidak larut M(OH) n, atau kompleks hidrokso [M(OH) m ] (n-m)-. Proses interaksi hidrolitik boleh berlaku dengan pembentukan kompleks multinuklear hasil daripada tindak balas pempolimeran.
2. 4. Peranan biologi unsur-d (unsur peralihan)
Unsur, kandungan yang tidak melebihi 10 -3%, adalah sebahagian daripada enzim, hormon, vitamin dan sebatian penting lain. Untuk metabolisme protein, karbohidrat dan lemak, berikut diperlukan: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; berikut terlibat dalam sintesis protein: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr; dalam hematopoiesis – Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; dalam nafas - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn dan Co. Oleh itu, unsur mikro telah menemui aplikasi yang meluas dalam perubatan, sebagai baja mikro untuk tanaman ladang, dan sebagai baja dalam ternakan, ayam dan penternakan ikan. Unsur mikro adalah sebahagian daripada sejumlah besar bioregulator sistem hidup, yang berasaskan biokompleks. Enzim ialah protein khas yang bertindak sebagai pemangkin dalam sistem biologi. Enzim ialah pemangkin unik dengan kecekapan yang tiada tandingan dan selektiviti yang tinggi. Contoh kecekapan tindak balas penguraian hidrogen peroksida 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 dengan kehadiran enzim diberikan dalam Jadual 6.
Jadual 6. Tenaga pengaktifan (E o) dan kadar relatif tindak balas penguraian H 2 O 2 dalam ketiadaan dan kehadiran pelbagai mangkin
Pada masa ini, lebih daripada 2000 enzim diketahui, kebanyakannya memangkinkan satu tindak balas. Aktiviti sekumpulan besar enzim berlaku hanya dengan kehadiran sebatian bukan protein tertentu yang dipanggil kofaktor. Ion logam atau sebatian organik bertindak sebagai kofaktor. Kira-kira satu pertiga daripada enzim diaktifkan oleh logam peralihan.
Ion logam dalam enzim melakukan beberapa fungsi: mereka adalah kumpulan elektrofilik pusat aktif enzim dan memudahkan interaksi dengan kawasan bercas negatif molekul substrat, membentuk konformasi aktif pemangkin struktur enzim (dalam pembentukan struktur heliks RNA, zink dan ion mangan terlibat), mengambil bahagian dalam pengangkutan elektron (pemindahan elektron kompleks). Keupayaan ion logam untuk melaksanakan peranannya dalam tapak aktif enzim yang sepadan bergantung kepada keupayaan ion logam untuk membentuk kompleks, geometri dan kestabilan kompleks yang terbentuk. Ini memberikan peningkatan dalam selektiviti enzim terhadap substrat, pengaktifan ikatan dalam enzim atau substrat melalui koordinasi dan perubahan dalam bentuk substrat mengikut keperluan sterik tapak aktif.
Biokompleks berbeza dalam kestabilan. Sesetengah daripada mereka sangat kuat sehingga mereka sentiasa berada di dalam badan dan melakukan fungsi tertentu. Dalam kes di mana hubungan antara kofaktor dan protein enzim adalah kuat dan sukar untuk memisahkannya, ia dipanggil "kumpulan prostetik". Ikatan sedemikian telah ditemui dalam enzim yang mengandungi kompleks heme besi dengan derivatif porfin. Peranan logam dalam kompleks sedemikian adalah sangat spesifik: menggantikannya walaupun dengan unsur yang serupa dalam sifat membawa kepada kehilangan aktiviti fisiologi yang ketara atau lengkap. Enzim ini termasuk kepada enzim tertentu.
Contoh sebatian tersebut ialah klorofil, polifenyl oksidase, vitamin B 12, hemoglobin dan beberapa metaloenzim (enzim khusus). Beberapa enzim terlibat dalam hanya satu tindak balas tertentu atau tunggal.
Sifat pemangkin kebanyakan enzim ditentukan oleh pusat aktif yang dibentuk oleh pelbagai unsur mikro. Enzim disintesis untuk tempoh fungsi. Ion logam bertindak sebagai pengaktif dan boleh digantikan dengan ion logam lain tanpa kehilangan aktiviti fisiologi enzim. Ini dikelaskan sebagai enzim tidak spesifik.
Di bawah adalah enzim di mana ion logam yang berbeza menjalankan fungsi yang serupa.
Jadual 7. Enzim di mana ion logam yang berbeza menjalankan fungsi yang serupa
Satu unsur surih boleh mengaktifkan enzim yang berbeza, dan satu enzim boleh diaktifkan oleh unsur surih yang berbeza. Enzim dengan unsur mikro dalam keadaan pengoksidaan yang sama +2 mempunyai persamaan terbesar dalam tindakan biologi. Seperti yang dapat dilihat, unsur mikro unsur peralihan dalam tindakan biologi mereka dicirikan oleh persamaan yang lebih mendatar daripada persamaan menegak dalam sistem berkala D.I. Mendeleev (dalam siri Ti-Zn). Apabila membuat keputusan mengenai penggunaan unsur mikro tertentu, perlu mengambil kira bukan sahaja kehadiran bentuk mudah alih unsur ini, tetapi juga yang lain yang mempunyai keadaan pengoksidaan yang sama dan boleh menggantikan satu sama lain dalam komposisi enzim.
Sesetengah metaloenzim menduduki kedudukan pertengahan antara enzim khusus dan tidak spesifik. Ion logam bertindak sebagai kofaktor. Meningkatkan kekuatan biokompleks enzim meningkatkan kekhususan tindakan biologinya. Kecekapan tindakan enzimatik ion logam enzim dipengaruhi oleh keadaan pengoksidaannya. Mengikut keamatan pengaruhnya, unsur mikro disusun dalam baris berikut:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ . Ion Mn 3+, tidak seperti ion Mn 2+, sangat terikat dengan protein, dan terutamanya dengan kumpulan yang mengandungi oksigen, bersama-sama Fe 3+ adalah sebahagian daripada metalloprotein.
Unsur mikro dalam bentuk kompleks bertindak dalam badan sebagai faktor yang nampaknya menentukan kepekaan sel yang tinggi terhadap unsur mikro melalui penyertaan mereka dalam penciptaan kecerunan kepekatan tinggi. Nilai jejari atom dan ionik, tenaga pengionan, nombor koordinasi, dan kecenderungan untuk membentuk ikatan dengan unsur yang sama dalam molekul bioligan menentukan kesan yang diperhatikan semasa penggantian bersama ion: boleh berlaku dengan peningkatan (sinergi) dan dengan perencatan aktiviti biologi mereka (antagonis) elemen diganti. Ion unsur-d dalam keadaan pengoksidaan +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) mempunyai ciri fizikokimia atom yang serupa (struktur elektronik paras luar, jejari ion yang serupa, jenis hibridisasi orbit, nilai yang sama bagi pemalar kestabilan dengan bioligand). Persamaan ciri fizikokimia agen pengkompleks menentukan persamaan tindakan biologi dan kebolehtukarannya. Unsur peralihan di atas merangsang proses hematopoietik dan meningkatkan proses metabolik. Sinergisme unsur-unsur dalam proses hematopoiesis mungkin dikaitkan dengan penyertaan ion unsur-unsur ini dalam pelbagai peringkat proses sintesis unsur-unsur yang terbentuk darah manusia.
S - unsur kumpulan I dicirikan, berbanding dengan unsur lain dalam tempoh mereka, dengan cas kecil nukleus atom, potensi pengionan rendah elektron valens, saiz atom yang besar dan peningkatannya dalam kumpulan dari atas ke bawah. Semua ini menentukan keadaan ion mereka dalam larutan akueus dalam bentuk ion terhidrat. Persamaan terbesar antara litium dan natrium menentukan kebolehtukaran dan tindakan sinergistik mereka. Ciri-ciri pemusnah dalam larutan akueus kalium, rubidium dan ion sesium memastikan kebolehtelapan membran, kebolehtukaran dan sinergi yang lebih baik bagi tindakan mereka. Kepekatan K + di dalam sel adalah 35 kali lebih tinggi daripada di luarnya, dan kepekatan Na + dalam cecair ekstraselular adalah 15 kali lebih tinggi daripada di dalam sel. Ion ini adalah antagonis dalam sistem biologi. s - Unsur Kumpulan II terdapat dalam badan dalam bentuk sebatian yang dibentuk oleh asid fosforik, karbonik dan karboksilik. Kalsium, yang terkandung terutamanya dalam tisu tulang, adalah serupa dengan sifat strontium dan barium, yang boleh menggantikannya dalam tulang. Dalam kes ini, kedua-dua kes sinergi dan antagonisme diperhatikan. Ion kalsium juga merupakan antagonis ion natrium, kalium dan magnesium. Persamaan ciri fizikokimia ion Be 2+ dan Mg 2+ menentukan kebolehtukarannya dalam sebatian yang mengandungi ikatan Mg–N dan Mg–O. Ini mungkin menjelaskan perencatan enzim yang mengandungi magnesium apabila berilium memasuki badan. Berilium adalah antagonis magnesium. Akibatnya, sifat fizikokimia dan kesan biologi unsur mikro ditentukan oleh struktur atomnya. Kebanyakan unsur biogenik adalah ahli tempoh kedua, ketiga dan keempat sistem berkala D.I. Mendeleev. Ini adalah atom yang agak ringan, dengan cas yang agak kecil pada nukleus atomnya.
2. 4. 2. Peranan sebatian unsur peralihan dalam pemindahan elektron dalam sistem hidupan.
Dalam organisma hidup, banyak proses mempunyai kitaran, watak seperti gelombang. Proses kimia yang mendasarinya mestilah boleh diterbalikkan. Keterbalikan proses ditentukan oleh interaksi faktor termodinamik dan kinetik. Tindak balas boleh balik termasuk yang mempunyai pemalar dari 10 -3 hingga 10 3 dan dengan nilai kecil DG 0 dan DE 0 proses. Di bawah keadaan ini, kepekatan bahan permulaan dan produk tindak balas boleh berada dalam kepekatan yang setanding, dan dengan mengubahnya dalam julat tertentu, kebolehbalikan proses boleh dicapai. Dari sudut pandangan kinetik, perlu ada nilai tenaga pengaktifan yang rendah. Oleh itu, ion logam (besi, tembaga, mangan, kobalt, molibdenum, titanium dan lain-lain) adalah pembawa elektron yang mudah dalam sistem hidup. Penambahan dan pendermaan elektron menyebabkan perubahan hanya dalam konfigurasi elektronik ion logam, tanpa mengubah struktur komponen organik kompleks dengan ketara. Peranan unik dalam sistem hidup diberikan kepada dua sistem redoks: Fe 3+ /Fe 2+ dan Cu 2+ /Cu + . Bioligand menstabilkan lebih banyak bentuk teroksida dalam pasangan pertama, dan kebanyakannya bentuk terkurang dalam pasangan kedua. Oleh itu, dalam sistem yang mengandungi besi, potensi formal sentiasa lebih rendah, dan dalam sistem yang mengandungi tembaga, ia selalunya lebih tinggi. Sistem redoks yang mengandungi tembaga dan besi meliputi pelbagai potensi, yang membolehkan mereka berinteraksi dengan banyak substrat, disertai dengan sederhana. perubahan dalam DG 0 dan DE 0, yang memenuhi syarat kebolehterbalikan. Langkah penting dalam metabolisme ialah pengabstrakan hidrogen daripada nutrien. Atom hidrogen kemudian berubah menjadi keadaan ionik, dan elektron yang dipisahkan daripadanya memasuki rantai pernafasan; dalam rantaian ini, bergerak dari satu sebatian ke yang lain, mereka menyerahkan tenaga mereka kepada pembentukan salah satu sumber tenaga utama, asid trifosforik adenosin (ATP), dan mereka sendiri akhirnya mencapai molekul oksigen dan bergabung dengannya, membentuk air. molekul. Jambatan di mana elektron berayun adalah sebatian kompleks besi dengan teras porfirin, sama dalam komposisi dengan hemoglobin.
Sekumpulan besar enzim yang mengandungi besi yang memangkinkan proses pemindahan elektron dalam mitokondria dipanggil sitokrom(ts.kh.), Secara keseluruhan, kira-kira 50 sitokrom diketahui. Sitokrom ialah porfirin besi di mana semua enam orbital ion besi diduduki oleh atom penderma, bioligan. Perbezaan antara sitokrom hanya dalam komposisi rantai sisi cincin porfirin. Variasi dalam struktur bioligan disebabkan oleh perbezaan dalam magnitud potensi formal. Semua sel mengandungi sekurang-kurangnya tiga protein struktur yang serupa, dipanggil sitokrom a, b, c. Dalam sitokrom c, sambungan dengan sisa histidin rantai polipeptida berlaku melalui teras porfirin. Tapak koordinasi bebas dalam ion besi diduduki oleh sisa metionin rantai polipeptida:
Salah satu mekanisme fungsi sitokrom, yang membentuk salah satu pautan dalam rantai pengangkutan elektron, ialah pemindahan elektron dari satu substrat ke substrat yang lain.
Dari sudut pandangan kimia, sitokrom ialah sebatian yang mempamerkan dualiti redoks dalam keadaan boleh balik.
Pemindahan elektron oleh sitokrom c disertai dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan besi:
c. X. Fe 3+ + e « c.xFe 2+
Ion oksigen bertindak balas dengan ion hidrogen dalam persekitaran untuk membentuk air atau hidrogen peroksida. Peroksida dengan cepat diuraikan oleh enzim katalase khas menjadi air dan oksigen mengikut skema berikut:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
Enzim peroksidase mempercepatkan tindak balas pengoksidaan bahan organik dengan hidrogen peroksida mengikut skema berikut:
Enzim ini mempunyai heme dalam strukturnya, di tengahnya terdapat besi dengan keadaan pengoksidaan +3 (Bahagian 2 7.7).
Dalam rantaian pengangkutan elektron, cytochrome c memindahkan elektron ke cytochrome yang dipanggil cytochrome oxidase. Mereka mengandungi ion kuprum. Cytochrome ialah pembawa satu elektron. Kehadiran tembaga dalam salah satu sitokrom bersama dengan besi mengubahnya menjadi pembawa dua elektron, yang memungkinkan untuk mengawal kadar proses.
Kuprum adalah sebahagian daripada enzim penting - superoxide dismutase (SOD), yang menggunakan ion superoksida toksik O2- dalam badan melalui tindak balas.
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
Hidrogen peroksida terurai di dalam badan di bawah tindakan katalase.
Pada masa ini, kira-kira 25 enzim yang mengandungi tembaga diketahui. Mereka membentuk kumpulan oksigenase dan hidroksilase. Komposisi dan mekanisme tindakan mereka diterangkan dalam kerja (2, bahagian 7.9.).
Kompleks unsur peralihan ialah sumber unsur mikro dalam bentuk aktif secara biologi dengan kebolehtelapan membran yang tinggi dan aktiviti enzimatik. Mereka terlibat dalam melindungi tubuh daripada "tekanan oksidatif". Ini disebabkan oleh penyertaan mereka dalam penggunaan produk metabolik yang menentukan proses pengoksidaan yang tidak terkawal (peroksida, radikal bebas dan spesies aktif oksigen lain), serta dalam pengoksidaan substrat. Mekanisme tindak balas radikal bebas pengoksidaan substrat (RH) dengan hidrogen peroksida dengan penyertaan kompleks besi (FeL) sebagai mangkin boleh diwakili oleh skema tindak balas.
RH + . OH ® R . + H 2 O; R. + FeL ® R + + FeL
Substrat
R + + OH - ® ROH
Substrat teroksida
Kejadian selanjutnya tindak balas radikal membawa kepada pembentukan produk dengan tahap hidroksilasi yang lebih tinggi. Radikal lain bertindak serupa: HO 2. , O 2 . , . O 2 - .
2. 5. Ciri-ciri umum elemen blok-p
Elemen di mana tahap-p tahap valens luar selesai dipanggil elemen p. Struktur elektronik tahap valens ns 2 p 1-6. Elektron valensi ialah subperingkat s dan p.
Jadual 8. Kedudukan unsur-p dalam jadual berkala unsur.
| Tempoh | Kumpulan | |||||
| IIIA | IVA | V.A. | MELALUI | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (O) | (F) | Ne | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ar | |||
| Ga | Kr | |||||
| Dalam | Sn | Sb | Te | (saya) | Xe | |
| Tl | Pb | Bi | Po | Pada | Rn | |
| p 1 | p 2 | p 3 | p 4 | p 5 | R 6 | |
| () - unsur penting, – unsur biogenik |
Dalam tempoh dari kiri ke kanan, cas nukleus meningkat, pengaruhnya mengatasi peningkatan daya tolakan bersama antara elektron. Oleh itu, potensi pengionan, pertalian elektron, dan, akibatnya, kapasiti penerima dan sifat bukan logam meningkat dalam tempoh. Semua unsur yang terletak pada Br – Pada pepenjuru dan ke atas adalah bukan logam dan hanya membentuk sebatian kovalen dan anion. Semua unsur-p lain (kecuali indium, talium, polonium, bismut, yang mempamerkan sifat logam) adalah unsur amfoterik dan membentuk kedua-dua kation dan anion, kedua-duanya terhidrolisis tinggi. Kebanyakan unsur p bukan logam adalah biogenik (pengecualian ialah gas mulia, telurium dan astatin). Daripada unsur-p - logam - hanya aluminium dikelaskan sebagai biogenik. Perbezaan dalam sifat unsur jiran, kedua-duanya di dalam; dan mengikut tempoh: ia dinyatakan dengan lebih kuat daripada unsur-s. p-elemen tempoh kedua - nitrogen, oksigen, fluorin mempunyai keupayaan yang jelas untuk mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan hidrogen. Elemen tempoh ketiga dan seterusnya kehilangan keupayaan ini. Persamaan mereka hanya terletak pada struktur kulit elektron luar dan keadaan valensi yang timbul akibat elektron tidak berpasangan dalam atom yang tidak teruja. Boron, karbon dan terutamanya nitrogen sangat berbeza daripada unsur-unsur lain kumpulan mereka (kehadiran d- dan f-subperingkat).
Semua unsur p dan terutamanya unsur p bagi kala kedua dan ketiga (C, N, P, O, S, Si, Cl) membentuk banyak sebatian antara satu sama lain dan dengan unsur s-, d- dan f. Kebanyakan sebatian yang diketahui di Bumi adalah sebatian unsur-p. Lima elemen p utama (makrobiogenik) kehidupan - O, P, C, N dan S - adalah bahan binaan utama dari mana molekul protein, lemak, karbohidrat dan asid nukleik tersusun. Daripada sebatian berat molekul rendah unsur-p, oksoanion adalah yang paling penting: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- dan ion halida. unsur-p mempunyai banyak elektron valens dengan tenaga yang berbeza. Oleh itu, sebatian mempamerkan darjah pengoksidaan yang berbeza. Sebagai contoh, karbon mempamerkan pelbagai keadaan pengoksidaan dari -4 hingga +4. Nitrogen – dari -3 hingga +5, klorin – dari -1 hingga +7.
Semasa tindak balas, unsur-p boleh menderma dan menerima elektron, bertindak masing-masing sebagai agen penurunan atau agen pengoksidaan, bergantung pada sifat unsur yang berinteraksi dengannya. Ini menimbulkan pelbagai sebatian yang dibentuk oleh mereka. Peralihan bersama atom unsur p daripada pelbagai keadaan pengoksidaan, termasuk disebabkan oleh proses redoks metabolik (contohnya, pengoksidaan kumpulan alkohol ke dalam kumpulan aldehidnya dan kemudian ke dalam kumpulan karboksil, dan seterusnya) menyebabkan banyaknya transformasi kimia.
Sebatian karbon mempamerkan sifat pengoksidaan jika, akibat tindak balas, atom karbon meningkatkan bilangan ikatannya dengan atom unsur kurang elektronegatif (logam, hidrogen) kerana, dengan menarik elektron ikatan sepunya, atom karbon merendahkan keadaan pengoksidaannya.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
Pengagihan semula elektron antara agen pengoksidaan dan agen penurunan dalam sebatian organik hanya boleh disertai dengan peralihan dalam jumlah ketumpatan elektron ikatan kimia kepada atom yang bertindak sebagai agen pengoksidaan. Dalam kes polarisasi yang kuat, sambungan ini mungkin terputus.
Fosfat dalam organisma hidup berfungsi sebagai komponen struktur rangka, membran sel dan asid nukleik. Tisu tulang dibina terutamanya daripada hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH. Asas membran sel ialah fosfolipid. Asid nukleik terdiri daripada rantai ribosa atau deoksiribosa fosfat. Di samping itu, polifosfat adalah sumber tenaga utama.
Dalam tubuh manusia, NO semestinya disintesis menggunakan enzim NO sintase daripada asid amino arginin. Jangka hayat NO dalam sel badan adalah mengikut urutan sesaat, tetapi fungsi normalnya tidak mungkin tanpa NO. Kompaun ini menyediakan: kelonggaran otot licin otot vaskular, pengawalan fungsi jantung, fungsi sistem imun yang berkesan, penghantaran impuls saraf. NO dipercayai memainkan peranan penting dalam pembelajaran dan ingatan.
Tindak balas redoks di mana unsur-p mengambil bahagian mendasari kesan toksiknya pada badan. Kesan toksik nitrogen oksida dikaitkan dengan keupayaan redoks yang tinggi. Nitrat yang memasuki makanan dikurangkan kepada nitrit dalam badan.
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
Nitrit mempunyai sifat yang sangat toksik. Mereka menukar hemoglobin kepada methemoglobin, yang merupakan hasil hidrolisis dan pengoksidaan hemoglobin.
Akibatnya, hemoglobin kehilangan keupayaan untuk mengangkut oksigen ke sel-sel badan. Hipoksia berkembang di dalam badan. Di samping itu, nitrit, sebagai garam asid lemah, bertindak balas dengan asid hidroklorik dalam kandungan gastrik, membentuk asid nitrus, yang, dengan amina sekunder, membentuk nitrosamin karsinogenik:
Kesan biologi sebatian organik bermolekul tinggi (asid amino, polipeptida, protein, lemak, karbohidrat dan asid nukleik) ditentukan oleh atom (N, P, S, O) atau kumpulan atom yang terbentuk (kumpulan berfungsi), di mana ia bertindak sebagai pusat aktif kimia, pasangan elektron penderma yang mampu membentuk ikatan koordinasi dengan ion logam dan molekul organik. Akibatnya, unsur-p membentuk sebatian pengkelat polidentat (asid amino, polipeptida, protein, karbohidrat dan asid nukleik). Mereka dicirikan oleh tindak balas pembentukan kompleks, sifat amfoterik, dan tindak balas hidrolisis anionik. Sifat-sifat ini menentukan penyertaannya dalam proses biokimia asas dan dalam memastikan keadaan isohidri. Mereka membentuk sistem penampan protein, fosfat, hidrogen karbonat. Mengambil bahagian dalam pengangkutan nutrien, produk metabolik dan proses lain.
3. 1. Peranan habitat. Kimia pencemaran atmosfera. Peranan doktor dalam melindungi alam sekitar dan kesihatan manusia.
A.P. Vinogradov menunjukkan bahawa permukaan bumi adalah heterogen dalam komposisi kimia. Tumbuhan dan haiwan, serta manusia, yang terletak di zon yang berbeza, menggunakan nutrien komposisi kimia yang berbeza dan bertindak balas terhadap ini dengan tindak balas fisiologi tertentu dan komposisi kimia tertentu badan. Kesan yang disebabkan oleh unsur mikro bergantung kepada pengambilannya ke dalam badan. Kepekatan biologam dalam badan semasa fungsi normalnya dikekalkan pada tahap yang ditentukan dengan ketat (dos biotik) dengan bantuan protein dan hormon yang sesuai. Rizab biometal dalam badan diisi semula secara sistematik. Ia terkandung dalam kuantiti yang mencukupi dalam makanan yang kita makan. Komposisi kimia tumbuhan dan haiwan yang digunakan untuk makanan mempengaruhi tubuh.
Pengeluaran perindustrian yang intensif telah membawa kepada pencemaran persekitaran semula jadi dengan bahan "memudaratkan", termasuk sebatian unsur peralihan. Secara semula jadi, terdapat pengagihan semula unsur-unsur secara intensif di wilayah biogeokimia. Laluan utama (sehingga 80%) kemasukan mereka ke dalam badan adalah makanan kita. Dengan mengambil kira pencemaran antropogenik alam sekitar, adalah perlu untuk mengambil langkah radikal untuk memulihkan alam sekitar dan orang yang tinggal di dalamnya. Masalah ini di banyak negara Eropah didahulukan daripada masalah pertumbuhan ekonomi dan merupakan antara keutamaan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembebasan pelbagai bahan pencemar telah meningkat. Ramalan untuk pembangunan perindustrian membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa jumlah pelepasan dan pencemar alam sekitar akan terus meningkat.
Zon nyata di mana kitaran unsur berlaku akibat aktiviti kehidupan dipanggil ekosistem atau, seperti yang disebut oleh Academician V.N. Sukachev, biogeocenosis. Manusia adalah sebahagian daripada ekosistem di planet kita. Dalam aktiviti hidupnya, seseorang boleh mengganggu perjalanan kitaran biogenik semula jadi. Banyak industri mencemarkan alam sekitar. Menurut ajaran V.I. Vernadsky, cangkang planet kita, diubah oleh aktiviti ekonomi manusia, dipanggil noosfera. Ia meliputi keseluruhan biosfera dan melampaui hadnya (stratosfera, lombong dalam, telaga, dll.). Peranan utama dalam noosfera dimainkan oleh penghijrahan teknogenik unsur - teknogenesis. Penyelidikan tentang geokimia noosfera adalah asas teori untuk penggunaan rasional sumber semula jadi dan memerangi pencemaran alam sekitar. Pencemaran alam sekitar gas, cecair dan pepejal membentuk aerosol toksik (kabus, asap) di lapisan tanah atmosfera. Apabila atmosfera tercemar dengan sulfur dioksida, kelembapan yang tinggi dan tiada suhu, asap toksik terbentuk. Kerosakan utama kepada alam sekitar adalah disebabkan oleh produk pengoksidaan SO 2, SO 3 dan asid H 2 SO 3 dan H 2 SO 4. Hasil daripada pelepasan sulfur oksida dan nitrogen, hujan "asid" diperhatikan di kawasan perindustrian. Air hujan yang mengandungi kepekatan ion hidrogen yang tinggi boleh melarutkan ion logam toksik:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O
Apabila enjin pembakaran dalaman beroperasi, nitrogen oksida dibebaskan, hasil penukarannya ialah ozon:
N 2 + O 2 « 2NO (dalam silinder enjin)
Kebimbangan besar kepada masyarakat ialah masalah alam sekitar, intipati kimianya adalah untuk melindungi biosfera daripada lebihan karbon oksida dan metana, yang mewujudkan "kesan rumah hijau", sulfur dan nitrogen oksida, yang membawa kepada "hujan asid"; derivatif halogen (klorin, fluorin) hidrokarbon yang melanggar "perisai ozon Bumi"; bahan karsinogenik (hidrokarbon poliaromatik dan hasil pembakaran tidak lengkapnya) dan produk lain. Pada masa kini, bukan sahaja masalah perlindungan alam sekitar, tetapi juga perlindungan persekitaran dalaman menjadi relevan. Bilangan bahan memasuki organisma hidup yang asing, asing kepada kehidupan dan dipanggil xenobiotik. Menurut Pertubuhan Kesihatan Sedunia, terdapat kira-kira 4 juta daripadanya.Mereka memasuki badan dengan makanan, air dan udara, serta dalam bentuk ubat-ubatan (bentuk dos).
Ini disebabkan budaya rendah pengeluar dan pengguna bahan kimia yang tidak mempunyai pengetahuan kimia profesional. Sesungguhnya, hanya kejahilan tentang sifat-sifat bahan dan ketidakupayaan untuk meramalkan akibat daripada penggunaannya yang berlebihan boleh menyebabkan kehilangan alam semula jadi yang tidak boleh diperbaiki, yang mana manusia adalah elemen penting. Malah, sehingga hari ini, beberapa pengeluar, dan juga pekerja perubatan, disamakan dengan penggiling Bulgakov, yang ingin segera pulih daripada malaria dengan dos kina (kejutan) yang luar biasa, tetapi tidak mempunyai masa - dia meninggal dunia. Peranan pelbagai unsur kimia dalam pencemaran alam sekitar dan kejadian penyakit, termasuk pekerjaan, masih kurang dikaji. Adalah perlu untuk menganalisis kemasukan pelbagai bahan ke dalam alam sekitar akibat daripada aktiviti manusia, cara mereka memasuki tubuh manusia, tumbuh-tumbuhan, interaksi mereka dengan organisma hidup pada tahap yang berbeza, dan membangunkan sistem langkah-langkah berkesan yang bertujuan untuk mencegah kedua-duanya. pencemaran alam sekitar selanjutnya dan mewujudkan cara biologi yang diperlukan untuk melindungi persekitaran dalaman badan. Pekerja perubatan dikehendaki mengambil bahagian dalam pembangunan dan pelaksanaan langkah teknikal, pencegahan, kebersihan, kebersihan dan terapeutik.
3.2 Wilayah biokimia. Penyakit endemik.
Zon di mana haiwan dan tumbuhan dicirikan oleh komposisi unsur kimia tertentu dipanggil wilayah biogeokimia. Wilayah biogeokimia ialah taksa peringkat ketiga biosfera - wilayah pelbagai saiz dalam subkawasan biosfera dengan tindak balas ciri yang berterusan bagi organisma (contohnya, penyakit endemik). Terdapat dua jenis wilayah biogeokimia - semula jadi dan teknogenik, hasil daripada pembangunan deposit bijih, pelepasan daripada industri metalurgi dan kimia, dan penggunaan baja dalam pertanian. Adalah perlu untuk memberi perhatian kepada peranan mikroorganisma dalam mewujudkan ciri geokimia alam sekitar. Kekurangan dan lebihan unsur boleh menyebabkan pembentukan wilayah biogeokimia, yang disebabkan oleh kedua-dua kekurangan unsur (iodin, fluorin, kalsium, tembaga, dll. wilayah) dan lebihan mereka (boron, molibdenum, fluorin, tembaga, dll.). Masalah kekurangan bromin dalam kawasan benua, kawasan pergunungan dan lebihan bromin dalam landskap pantai dan gunung berapi adalah menarik dan penting. Di kawasan ini, evolusi sistem saraf pusat berjalan secara kualitatif secara berbeza. Wilayah biogeokimia pada batuan yang diperkayakan nikel telah ditemui di Ural Selatan. Ia dicirikan oleh bentuk hodoh rumput dan penyakit biri-biri yang dikaitkan dengan kandungan nikel yang tinggi dalam persekitaran.
Perkaitan wilayah biogeokimia dengan keadaan ekologinya memungkinkan untuk mengenal pasti wilayah berikut: a) dengan keadaan ekologi yang agak memuaskan - (zon kesejahteraan relatif); b) dengan pelanggaran alam sekitar yang boleh diterbalikkan, terhad, dan dalam kebanyakan kes - (zon risiko alam sekitar); c) dengan tahap kelemahan yang cukup tinggi diperhatikan dalam tempoh yang lama di wilayah yang besar, penghapusan yang memerlukan kos dan masa yang ketara - (zon krisis ekologi); d) dengan tahap kesusahan alam sekitar yang sangat tinggi, kerosakan alam sekitar yang hampir tidak dapat dipulihkan yang mempunyai penyetempatan yang jelas -( zon bencana ekologi).
Berdasarkan faktor impak, tahap, tempoh tindakan dan kawasan pengedarannya, wilayah biogeokimia teknologi semula jadi berikut dikenal pasti sebagai zon risiko dan krisis:
1. polimetalik (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) dengan persatuan dominan Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn, termasuk:
· diperkaya dengan tembaga (Ural Selatan, Bashkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· diperkaya dengan nikel (Norilsk, Monchegorsk, Nikel, Polyarny, Tuva, Ural Selatan);
· diperkaya dengan plumbum (Altai, Caucasus, Transbaikalia);
· diperkaya dengan fluorin (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);
· dengan kandungan uranium dan radionuklid yang tinggi dalam persekitaran (Transbaikalia, Altai, Ural Selatan).
2. wilayah biogeokimia dengan kekurangan unsur mikro (Se, I, Cu, Zn, dll.).
Kimia alam sekitar ialah sains proses kimia yang menentukan keadaan dan sifat persekitaran - atmosfera, hidrosfera dan tanah.
Satu cabang kimia yang dikhaskan untuk mengkaji asas kimia fenomena dan masalah alam sekitar, serta proses pembentukan sifat kimia dan komposisi objek alam sekitar.
Kimia alam sekitar mengkaji kedua-dua proses kimia semula jadi yang berlaku dalam alam sekitar dan proses pencemaran antropogeniknya.
Pencemaran alam sekitar antropogenik mempunyai kesan yang besar terhadap kesihatan tumbuhan dan haiwan. Pengeluaran tahunan tumbuh-tumbuhan di tanah dunia sebelum diganggu oleh manusia adalah hampir 172x109 tan bahan kering. Akibat daripada kesan itu, pengeluaran semula jadinya kini telah berkurangan sekurang-kurangnya 25%. Dalam penerbitan V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I.M. Donnik (1997), M.S. Panin (2003) dan lain-lain menunjukkan peningkatan keagresifan kesan antropogenik terhadap alam sekitar (EA) yang berlaku di wilayah negara maju.
V.A. Kovda menyediakan data tentang hubungan antara kitaran biogeokimia semula jadi dan sumbangan antropogenik kepada proses semula jadi; sejak itu, aliran teknogenik telah meningkat. Menurut datanya, aliran biogeokimia dan teknogenik biosfera dianggarkan oleh nilai berikut:
Menurut Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO), daripada lebih 6 juta sebatian kimia yang diketahui, sehingga 500 ribu digunakan, di mana 40 ribu daripadanya mempunyai sifat berbahaya kepada manusia, dan 12 ribu adalah toksik. Menjelang 2009, penggunaan bahan mentah mineral dan organik meningkat secara mendadak dan mencapai 40-50 ribu tan setiap penduduk Bumi. Sehubungan itu, jumlah sisa industri, pertanian dan isi rumah semakin meningkat. Pada abad ke-21, pencemaran antropogenik telah membawa manusia ke ambang bencana alam sekitar. Oleh itu, analisis keadaan ekologi biosfera Rusia dan mencari cara untuk memulihkan secara ekologi wilayahnya sangat relevan.
Pada masa ini, perusahaan dalam perlombongan, metalurgi, kimia, kerja kayu, tenaga, bahan binaan dan industri lain Persekutuan Rusia setiap tahun menjana kira-kira 7 bilion tan sisa. Hanya 2 bilion tan digunakan, atau 28% daripada jumlah keseluruhan. Sehubungan itu, kira-kira 80 bilion tan sisa pepejal sahaja telah terkumpul di tempat pembuangan sampah dan kemudahan penyimpanan enap cemar negara. Kira-kira 10 ribu hektar tanah yang sesuai untuk pertanian diasingkan setiap tahun untuk tapak pelupusan untuk penyimpanan mereka. Jumlah sisa terbesar dihasilkan semasa pengekstrakan dan pengayaan bahan mentah. Oleh itu, pada tahun 2005, isipadu overburden, batuan yang berkaitan dan sisa pengayaan dalam pelbagai industri masing-masing adalah 3100 dan 1200 juta m3. Sebilangan besar sisa terhasil dalam proses penuaian dan pemprosesan bahan mentah kayu. Di tapak pembalakan, sisa menyumbang sehingga 46.5% daripada jumlah keseluruhan kayu yang dikeluarkan. Di negara kita, lebih daripada 200 juta m3 sisa kayu dijana setiap tahun. Kurang sedikit sisa yang dihasilkan di perusahaan metalurgi ferus: pada tahun 2004, pengeluaran sanga cecair berapi berjumlah 79.7 juta tan, termasuk 52.2 juta tan relau letupan, 22.3 juta tan pembuatan keluli dan 4.2 juta tan ferroaloi. Di dunia, kira-kira 15 kali lebih sedikit logam bukan ferus yang dilebur setiap tahun daripada logam ferus.
Walau bagaimanapun, dalam pengeluaran logam bukan ferus dalam proses pengayaan bijih, dari 30 hingga 100 tan tailing dihancurkan terbentuk setiap 1 tan pekat, dan apabila peleburan bijih setiap 1 tan logam - dari 1 hingga 8 tan sanga. , enap cemar dan sisa lain.
Setiap tahun, kimia, makanan, baja mineral dan industri lain menghasilkan lebih daripada 22 juta tan sisa yang mengandungi gipsum dan kira-kira 120-140 juta tan enapcemar air sisa (kering), kira-kira 90% daripadanya diperoleh dengan meneutralkan air sisa industri. Lebih daripada 70% timbunan sisa di Kuzbass diklasifikasikan sebagai terbakar. Pada jarak beberapa kilometer dari mereka, kepekatan SO2, CO, dan CO2 di udara meningkat dengan ketara. Kepekatan logam berat dalam tanah dan air permukaan meningkat dengan mendadak, dan di kawasan lombong uranium - radionuklid. Perlombongan lubang terbuka membawa kepada gangguan landskap yang setanding dalam skala dengan akibat bencana alam yang besar. Oleh itu, di kawasan kerja lombong di Kuzbass, banyak rantaian kegagalan dalam (sehingga 30 m) terbentuk, meregangkan lebih daripada 50 km, dengan keluasan sehingga 300 km2 dan volum kegagalan lebih banyak. daripada 50 juta m3.
Pada masa ini, kawasan besar diduduki oleh sisa pepejal dari loji kuasa haba: abu, sanga, komposisi yang serupa dengan sisa metalurgi. Keluaran tahunan mereka mencecah 70 juta tan. Tahap penggunaannya adalah dalam 1-2%. Menurut Kementerian Sumber Asli Persekutuan Rusia, jumlah kawasan tanah yang diduduki oleh sisa dari pelbagai industri biasanya melebihi 2000 km2.
Lebih daripada 40 bilion tan minyak mentah dihasilkan setiap tahun di dunia, di mana kira-kira 50 juta tan minyak dan produk petroleum hilang semasa pengeluaran, pengangkutan dan pemprosesan. Minyak dianggap sebagai salah satu bahan pencemar yang paling meluas dan paling berbahaya dalam hidrosfera, kerana kira-kira satu pertiga daripadanya dihasilkan di pelantar benua. Jumlah jisim produk petroleum yang memasuki laut dan lautan setiap tahun dianggarkan kira-kira 5-10 juta tan.
Menurut NPO Energostal, tahap penulenan gas buangan daripada habuk metalurgi ferus melebihi 80%, dan tahap penggunaan produk pemulihan pepejal hanya 66%.
Pada masa yang sama, kadar penggunaan habuk dan sanga yang mengandungi besi ialah 72%, manakala untuk jenis habuk lain ialah 46%. Hampir semua perusahaan bagi kedua-dua loji kuasa metalurgi dan haba tidak menyelesaikan isu pembersihan gas yang mengandungi sulfur peratusan rendah yang agresif. Pelepasan gas-gas ini berjumlah 25 juta tan. Pelepasan gas yang mengandungi sulfur ke atmosfera hanya daripada pentauliahan loji rawatan gas pada 53 unit kuasa di negara ini dalam tempoh dari 2005 hingga 2010 menurun daripada 1.6 kepada 0.9 juta tan. Isu peneutralan penyelesaian galvanik kurang diselesaikan. Lebih perlahan ialah soalan mengenai pelupusan sisa yang dijana semasa peneutralan dan pemprosesan penyelesaian etsa yang telah dibelanjakan, penyelesaian pengeluaran kimia dan air sisa. Di bandar-bandar Rusia, sehingga 90% air sisa dibuang ke sungai dan takungan dalam bentuk yang tidak dirawat. Pada masa ini, teknologi telah dibangunkan yang memungkinkan untuk menukar bahan toksik kepada bahan toksik rendah dan juga aktif secara biologi, yang boleh digunakan dalam pertanian dan industri lain.
Bandar moden mengeluarkan kira-kira 1,000 sebatian ke atmosfera dan persekitaran air. Pengangkutan bermotor menduduki salah satu tempat utama dalam pencemaran udara bandar. Di banyak bandar, asap ekzos menyumbang 30%, dan dalam beberapa - 50%. Di Moscow, kira-kira 96% daripada CO, 33% daripada NO2 dan 64% daripada hidrokarbon memasuki atmosfera melalui pengangkutan motor.
Berdasarkan faktor impak, tahap, tempoh tindakan dan kawasan pengedarannya, wilayah biogeokimia alam-teknogenik Ural diklasifikasikan sebagai wilayah dengan tahap kesusahan alam sekitar yang paling tinggi. Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, Ural telah menduduki kedudukan utama dalam jumlah jumlah pelepasan bahan berbahaya ke atmosfera. Menurut A.A. Malygina, Ural menduduki tempat pertama di Rusia untuk pencemaran udara dan air, dan kedua untuk pencemaran tanah.
Ural adalah salah satu pengeluar terbesar logam ferus di negara ini. Terdapat 28 perusahaan metalurgi di dalamnya. Untuk menyediakan mereka dengan bahan mentah, lebih daripada 10 perusahaan perlombongan dan pemprosesan beroperasi di rantau ini. Sehingga 2003, perusahaan metalurgi di rantau ini mengumpul kira-kira 180 juta tan sanga relau letupan, 40 juta tan sanga pembuatan keluli dan lebih daripada 20 juta tan sanga pengeluaran ferrochrome, serta sejumlah besar habuk dan enapcemar. Kemungkinan untuk mengitar semula sisa menjadi pelbagai bahan binaan untuk keperluan ekonomi negara telah diwujudkan.
Lebih 2.5 bilion m3 pelbagai batu, 250 juta tan sanga dan abu daripada loji janakuasa haba telah terkumpul di tempat pembuangan sampah di rantau ini. Daripada jumlah keseluruhan beban lebihan, hanya 3% diproses. Di perusahaan metalurgi, daripada 14 juta tan sanga yang dihasilkan setiap tahun, hanya 40-42% digunakan, di mana 75% adalah sanga relau letupan, 4% adalah peleburan keluli, 3% adalah ferroalloy dan 17% adalah sanga metalurgi bukan ferus. , dan abu loji kuasa haba hanya kira-kira 1%.
Gangguan homeostasis mikro dan makroelemen dalam badan ditentukan oleh pencemaran semula jadi dan buatan manusia biosfera, yang membawa kepada pembentukan kawasan luas mikroelemen buatan manusia di sekitar kompleks wilayah-industri. Kesihatan bukan sahaja orang yang terlibat secara langsung dalam proses pengeluaran terjejas, tetapi juga mereka yang tinggal di sekitar perusahaan. Sebagai peraturan, mereka mempunyai gambaran klinikal yang kurang jelas dan boleh mengambil bentuk laten keadaan patologi tertentu. Telah ditunjukkan bahawa berhampiran perusahaan perindustrian yang terletak di bandar di antara kawasan kediaman, kepekatan plumbum melebihi nilai latar belakang sebanyak 14-50 kali, zink sebanyak 30-40 kali, kromium sebanyak 11-46 kali, dan nikel sebanyak 8-63 kali. .
Analisis keadaan ekologi dan kimia dan status kesihatan penduduk Ural memungkinkan untuk menentukan bahawa, dari segi tahap pencemaran, ia tergolong dalam "zon kecemasan alam sekitar." Jangka hayat adalah 4-6 tahun kurang berbanding penunjuk serupa di Rusia.
Penduduk yang tinggal lama dalam keadaan pencemaran semula jadi dan buatan manusia terdedah kepada kepekatan unsur kimia yang tidak normal yang mempunyai kesan ketara pada tubuh. Salah satu manifestasi adalah perubahan dalam komposisi darah, penyebabnya adalah pelanggaran bekalan besi dan mikroelemen (Cu, Co) kepada badan, yang dikaitkan dengan kedua-dua kandungan rendah dalam makanan dan kandungan tinggi sebatian dalam makanan yang menghalang penyerapan zat besi dalam saluran gastrousus.
Apabila memantau parameter biologi dan kimia di 56 ladang di kawasan Ural yang berbeza, lima varian wilayah dikenal pasti secara bersyarat, berbeza dalam ciri alam sekitar:
- * wilayah tercemar oleh pelepasan daripada perusahaan perindustrian besar;
- * wilayah yang tercemar akibat aktiviti perusahaan dengan radionuklid tahan lama - strontium-90 dan cesium-137 (jejak radioaktif Ural Timur - EURT);
- * wilayah yang mengalami tekanan daripada perusahaan perindustrian dan pada masa yang sama terletak di zon EURT;
- * wilayah geokimia dengan kandungan semula jadi tinggi logam berat (Zn, Cu, Ni) dalam tanah, air, serta kepekatan radon-222 yang tidak normal dalam udara dan air tanah;
- * wilayah yang agak menguntungkan dari segi alam sekitar, bebas daripada perusahaan perindustrian
Aspek ekologi kimia unsur
Unsur mikro dan enzim. Pengenalan kepada metaloenzim. Enzim spesifik dan tidak spesifik. Peranan ion logam dalam enzim. Persamaan mendatar dalam tindakan biologi unsur-d. Sinergi dan antagonisme unsur.
Kecenderungan ion d-elemen kepada hidrolisis dan pempolimeran
Dalam persekitaran berasid, ion unsur-d adalah dalam bentuk ion terhidrat [M(H 2 O) m ] n+. Dengan peningkatan pH, ion terhidrat bagi banyak unsur-d, kerana casnya yang besar dan saiz ion yang kecil, mempunyai kesan polarisasi yang tinggi pada molekul air, keupayaan penerima untuk ion hidroksida, menjalani hidrolisis kationik, dan membentuk ikatan kovalen yang kuat dengan OH - . Proses ini berakhir sama ada dengan pembentukan garam bes [M(OH) m ] (m-n)+, atau hidroksida tidak larut M(OH) n, atau kompleks hidrokso [M(OH) m ] (n-m)-. Proses interaksi hidrolitik boleh berlaku dengan pembentukan kompleks multinuklear hasil daripada tindak balas pempolimeran.
2. 4. Peranan biologi unsur-d (unsur peralihan)
Unsur, kandungan yang tidak melebihi 10 -3%, adalah sebahagian daripada enzim, hormon, vitamin dan sebatian penting lain. Untuk metabolisme protein, karbohidrat dan lemak, berikut diperlukan: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; berikut terlibat dalam sintesis protein: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr; dalam hematopoiesis – Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; dalam nafas - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn dan Co. Atas sebab ini, unsur mikro telah menemui aplikasi yang meluas dalam perubatan, sebagai baja mikro untuk tanaman ladang, dan sebagai baja dalam ternakan, ayam dan penternakan ikan. Unsur mikro adalah sebahagian daripada sejumlah besar bioregulator sistem hidup, yang berasaskan biokompleks. Enzim ialah protein khas yang bertindak sebagai pemangkin dalam sistem biologi. Enzim ialah pemangkin unik dengan kecekapan yang tiada tandingan dan selektiviti yang tinggi. Contoh kecekapan tindak balas penguraian hidrogen peroksida 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 dengan kehadiran enzim diberikan dalam Jadual 6.
Jadual 6. Tenaga pengaktifan (E o) dan kadar relatif tindak balas penguraian H 2 O 2 dalam ketiadaan dan kehadiran pelbagai mangkin
Hari ini, lebih daripada 2,000 enzim diketahui, kebanyakannya memangkinkan satu tindak balas. Aktiviti sekumpulan besar enzim menunjukkan dirinya hanya dengan kehadiran sebatian bukan protein tertentu yang dipanggil kofaktor. Ion logam atau sebatian organik bertindak sebagai kofaktor. Kira-kira satu pertiga daripada enzim diaktifkan oleh logam peralihan.
Ion logam dalam enzim melakukan beberapa fungsi: mereka adalah kumpulan elektrofilik pusat aktif enzim dan memudahkan interaksi dengan kawasan bercas negatif molekul substrat, mereka membentuk konformasi aktif pemangkin struktur enzim (dalam pembentukan heliks). struktur RNA, zink dan ion mangan mengambil bahagian), dan mengambil bahagian dalam pengangkutan elektron (kompleks pemindahan elektron). Keupayaan ion logam untuk melaksanakan peranannya dalam tapak aktif enzim yang sepadan bergantung kepada keupayaan ion logam untuk membentuk kompleks, geometri dan kestabilan kompleks yang terbentuk. Ini memastikan peningkatan selektiviti enzim terhadap substrat, pengaktifan ikatan dalam enzim atau substrat melalui penyelarasan dan perubahan dalam bentuk substrat mengikut keperluan sterik tapak aktif.
Biokompleks berbeza dalam kestabilan. Sesetengah daripada mereka sangat kuat sehingga mereka sentiasa berada di dalam badan dan melakukan fungsi tertentu. Dalam kes di mana hubungan antara kofaktor dan protein enzim adalah kuat dan sukar untuk memisahkannya, ia dipanggil "kumpulan prostetik". Ikatan sedemikian ditemui dalam enzim yang mengandungi sebatian heme-kompleks besi dengan terbitan porfin. Peranan logam dalam kompleks sedemikian adalah sangat spesifik: menggantikannya walaupun dengan unsur yang serupa dalam sifat membawa kepada kehilangan aktiviti fisiologi yang ketara atau lengkap. Enzim ini termasuk kepada enzim tertentu.
Contoh sebatian tersebut ialah klorofil, polifenyl oksidase, vitamin B 12, hemoglobin dan beberapa metaloenzim (enzim khusus). Beberapa enzim mengambil bahagian dalam hanya satu tindak balas tertentu atau tunggal.
Sifat pemangkin kebanyakan enzim ditentukan oleh pusat aktif yang dibentuk oleh pelbagai unsur mikro. Enzim disintesis untuk tempoh fungsi. Ion logam bertindak sebagai pengaktif dan boleh digantikan dengan ion logam lain tanpa kehilangan aktiviti fisiologi enzim. Ini dikelaskan sebagai enzim tidak spesifik.
Di bawah adalah enzim di mana ion logam yang berbeza menjalankan fungsi yang serupa.
Jadual 7. Enzim di mana ion logam yang berbeza menjalankan fungsi yang serupa
Satu unsur surih boleh mengaktifkan enzim yang berbeza, dan satu enzim boleh diaktifkan oleh unsur surih yang berbeza. Enzim dengan unsur mikro dalam keadaan pengoksidaan yang sama +2 mempunyai persamaan terbesar dalam tindakan biologi. Seperti yang dapat dilihat, unsur mikro unsur peralihan dalam tindakan biologi mereka dicirikan oleh persamaan yang lebih mendatar daripada persamaan menegak dalam sistem berkala D.I. Mendeleev (dalam siri Ti-Zn). Apabila membuat keputusan mengenai penggunaan unsur mikro tertentu, adalah sangat penting untuk mengambil kira bukan sahaja kehadiran bentuk mudah alih unsur ini, tetapi juga yang lain yang mempunyai keadaan pengoksidaan yang sama dan boleh menggantikan satu sama lain dalam komposisi enzim.
Sesetengah metaloenzim menduduki kedudukan pertengahan antara enzim khusus dan tidak spesifik. Ion logam bertindak sebagai kofaktor. Meningkatkan kekuatan biokompleks enzim meningkatkan kekhususan tindakan biologinya. Kecekapan tindakan enzimatik ion logam enzim dipengaruhi oleh keadaan pengoksidaannya. Mengikut keamatan pengaruhnya, unsur mikro disusun dalam baris berikut:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ . Ion Mn 3+, tidak seperti ion Mn 2+, sangat terikat dengan protein, dan terutamanya dengan kumpulan yang mengandungi oksigen, bersama-sama Fe 3+ adalah sebahagian daripada metalloprotein.
Unsur mikro dalam bentuk kompleks bertindak dalam badan sebagai faktor yang nampaknya menentukan kepekaan sel yang tinggi terhadap unsur mikro melalui penyertaan mereka dalam penciptaan kecerunan kepekatan tinggi. Nilai jejari atom dan ionik, tenaga pengionan, nombor koordinasi, dan kecenderungan untuk membentuk ikatan dengan unsur yang sama dalam molekul bioligan menentukan kesan yang diperhatikan semasa penggantian bersama ion: boleh berlaku dengan peningkatan (sinergi) dan dengan perencatan aktiviti biologi mereka (antagonis) elemen diganti. Ion unsur-d dalam keadaan pengoksidaan +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) mempunyai ciri fizikokimia atom yang serupa (struktur elektronik paras luar, jejari ion yang serupa, jenis hibridisasi orbit, nilai yang sama bagi pemalar kestabilan dengan bioligand). Persamaan ciri fizikokimia agen pengkompleks menentukan persamaan tindakan biologi dan kebolehtukarannya. Unsur peralihan di atas merangsang proses hematopoietik dan meningkatkan proses metabolik. Sinergi unsur-unsur dalam proses hematopoiesis mungkin dikaitkan dengan penyertaan ion unsur-unsur ini dalam pelbagai peringkat proses sintesis unsur-unsur yang terbentuk darah manusia.
S - unsur kumpulan I dicirikan, berbanding dengan unsur lain dalam tempoh mereka, dengan cas kecil nukleus atom, potensi pengionan rendah elektron valens, saiz atom yang besar dan peningkatannya dalam kumpulan dari atas ke bawah. Semua ini menentukan keadaan ion mereka dalam larutan akueus dalam bentuk ion terhidrat. Persamaan terbesar antara litium dan natrium menentukan kebolehtukaran mereka dan sinergi tindakan mereka. Sifat pemusnah ion kalium, rubidium dan sesium dalam larutan akueus memastikan kebolehtelapan membran, kebolehtukaran dan sinergi tindakannya yang lebih baik. Kepekatan K + di dalam sel adalah 35 kali lebih tinggi daripada di luarnya, dan kepekatan Na + dalam cecair ekstraselular adalah 15 kali lebih tinggi daripada di dalam sel. Ion ini adalah antagonis dalam sistem biologi. s - Unsur Kumpulan II terdapat dalam badan dalam bentuk sebatian yang dibentuk oleh asid fosforik, karbonik dan karboksilik. Kalsium, yang terkandung terutamanya dalam tisu tulang, adalah serupa dengan sifat strontium dan barium, yang boleh menggantikannya dalam tulang. Dalam kes ini, kedua-dua kes sinergi dan antagonisme diperhatikan. Ion kalsium juga merupakan antagonis ion natrium, kalium dan magnesium. Persamaan ciri fizikokimia ion Be 2+ dan Mg 2+ menentukan kebolehtukarannya dalam sebatian yang mengandungi ikatan Mg–N dan Mg–O. Ini mungkin menjelaskan perencatan enzim yang mengandungi magnesium apabila berilium memasuki badan. Berilium adalah antagonis magnesium. Akibatnya, sifat fizikokimia dan kesan biologi unsur mikro ditentukan oleh struktur atomnya. Kebanyakan unsur biogenik adalah ahli tempoh kedua, ketiga dan keempat sistem berkala D.I. Mendeleeva. Ini adalah atom yang agak ringan, dengan cas yang agak kecil pada nukleus atomnya.
2. 4. 2. Peranan sebatian unsur peralihan dalam pemindahan elektron dalam sistem hidup.
Dalam organisma hidup, banyak proses mempunyai kitaran, watak seperti gelombang. Proses kimia yang mendasarinya mestilah boleh diterbalikkan. Keterbalikan proses ditentukan oleh interaksi faktor termodinamik dan kinetik. Tindak balas boleh balik termasuk yang mempunyai pemalar dari 10 -3 hingga 10 3 dan dengan nilai kecil DG 0 dan DE 0 proses. Di bawah keadaan ini, kepekatan bahan permulaan dan produk tindak balas boleh berada dalam kepekatan yang setanding, dan dengan mengubahnya dalam julat tertentu, kebolehbalikan proses boleh dicapai. Dari sudut pandangan kinetik, perlu ada nilai tenaga pengaktifan yang rendah. Atas sebab ini, ion logam (besi, tembaga, mangan, kobalt, molibdenum, titanium dan lain-lain) adalah pembawa elektron yang mudah dalam sistem hidup. Penambahan dan pendermaan elektron menyebabkan perubahan hanya dalam konfigurasi elektronik ion logam, tanpa mengubah struktur komponen organik kompleks dengan ketara. Peranan unik dalam sistem hidup diberikan kepada dua sistem redoks: Fe 3+ /Fe 2+ dan Cu 2+ /Cu + . Bioligand menstabilkan lebih banyak bentuk teroksida dalam pasangan pertama, dan kebanyakannya bentuk terkurang dalam pasangan kedua. Atas sebab ini, dalam sistem yang mengandungi besi, potensi formal sentiasa lebih rendah, dan dalam sistem yang mengandungi tembaga, potensi formal selalunya lebih tinggi. Sistem redoks yang mengandungi tembaga dan besi meliputi pelbagai potensi, yang membolehkan mereka berinteraksi dengan banyak substrat, disertai dengan perubahan sederhana dalam DG 0 dan DE 0, yang memenuhi syarat keterbalikan. Langkah penting dalam metabolisme ialah pengabstrakan hidrogen daripada nutrien. Atom hidrogen kemudian berubah menjadi keadaan ionik, dan elektron yang dipisahkan daripadanya memasuki rantai pernafasan; dalam rantaian ini, bergerak dari satu sebatian ke yang lain, mereka melepaskan tenaga mereka untuk membentuk salah satu sumber tenaga asas, asid trifosforik adenosin (ATP), dan mereka sendiri akhirnya mencapai molekul oksigen dan bergabung dengannya, membentuk molekul air. Jambatan di mana elektron berayun adalah sebatian kompleks besi dengan teras porfirin, sama dalam komposisi dengan hemoglobin.
Sekumpulan besar enzim yang mengandungi besi yang memangkinkan proses pemindahan elektron dalam mitokondria biasanya dipanggil sitokrom(ts.kh.), Secara keseluruhan, kira-kira 50 sitokrom diketahui. Sitokrom ialah porfirin besi di mana semua enam orbital ion besi diduduki oleh atom penderma, bioligan. Perbezaan antara sitokrom hanya dalam komposisi rantai sisi cincin porfirin. Variasi dalam struktur bioligan disebabkan oleh perbezaan dalam magnitud potensi formal. Semua sel mengandungi sekurang-kurangnya tiga protein struktur yang serupa, dipanggil sitokrom a, b, c. Dalam sitokrom c, sambungan dengan sisa histidin rantai polipeptida berlaku melalui teras porfirin. Tapak koordinasi bebas dalam ion besi diduduki oleh sisa metionin rantai polipeptida:
Salah satu mekanisme fungsi sitokrom, yang membentuk salah satu pautan dalam rantai pengangkutan elektron, ialah pemindahan elektron dari satu substrat ke substrat yang lain.
Dari sudut pandangan kimia, sitokrom ialah sebatian yang mempamerkan dualiti redoks dalam keadaan boleh balik.
Pemindahan elektron oleh sitokrom c disertai dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan besi:
c. X. Fe 3+ + e « c.xFe 2+
Ion oksigen bertindak balas dengan ion hidrogen dalam persekitaran untuk membentuk air atau hidrogen peroksida. Peroksida dengan cepat diuraikan oleh enzim katalase khas menjadi air dan oksigen mengikut skema berikut:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
Enzim peroksidase mempercepatkan tindak balas pengoksidaan bahan organik dengan hidrogen peroksida mengikut skema berikut:
Enzim ini mempunyai heme dalam strukturnya, di tengahnya terdapat besi dengan keadaan pengoksidaan +3 (Bahagian 2 7.7).
Dalam rantaian pengangkutan elektron, cytochrome c memindahkan elektron ke cytochrome yang dipanggil cytochrome oxidase. Mereka mengandungi ion kuprum. Cytochrome ialah pembawa satu elektron. Kehadiran tembaga dalam salah satu sitokrom bersama dengan besi mengubahnya menjadi pembawa dua elektron, yang memungkinkan untuk mengawal kadar proses.
Kuprum adalah sebahagian daripada enzim penting - superoxide dismutase (SOD), yang menggunakan ion superoksida toksik O2- dalam badan melalui tindak balas.
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
Hidrogen peroksida terurai di dalam badan di bawah tindakan katalase.
Hari ini, kira-kira 25 enzim yang mengandungi tembaga diketahui. Οʜᴎ membentuk kumpulan oksigenase dan hidroksilase. Komposisi dan mekanisme tindakan mereka diterangkan dalam kerja (2, bahagian 7.9.).
Kompleks unsur peralihan ialah sumber unsur mikro dalam bentuk aktif secara biologi dengan kebolehtelapan membran yang tinggi dan aktiviti enzimatik. Οʜᴎ mengambil bahagian dalam melindungi badan daripada "tekanan oksidatif". Ini disebabkan oleh penyertaan mereka dalam penggunaan produk metabolik yang menentukan proses pengoksidaan yang tidak terkawal (peroksida, radikal bebas dan spesies aktif oksigen lain), serta dalam pengoksidaan substrat. Mekanisme tindak balas radikal bebas pengoksidaan substrat (RH) dengan hidrogen peroksida dengan penyertaan kompleks besi (FeL) sebagai mangkin boleh diwakili oleh skema tindak balas.
RH + . OH ® R . + H 2 O; R. + FeL ® R + + FeL
Substrat
R + + OH - ® ROH
Substrat teroksida
Kejadian selanjutnya tindak balas radikal membawa kepada pembentukan produk dengan tahap hidroksilasi yang lebih tinggi. Radikal lain bertindak serupa: HO 2. , O 2 . , . O 2 - .
2. 5. Ciri-ciri umum elemen blok-p
Elemen di mana tahap-p tahap valens luar selesai dipanggil elemen p. Struktur elektronik tahap valens ns 2 p 1-6. Elektron valensi ialah subperingkat s dan p.
Jadual 8. Kedudukan unsur-p dalam jadual berkala unsur.
| Tempoh | Kumpulan | |||||
| IIIA | IVA | V.A. | MELALUI | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (O) | (F) | Ne | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ar | |||
| Ga | Kr | |||||
| Dalam | Sn | Sb | Te | (saya) | Xe | |
| Tl | Pb | Bi | Po | Pada | Rn | |
| p 1 | p 2 | p 3 | p 4 | p 5 | R 6 | |
| () - unsur penting, – unsur biogenik |
Dalam tempoh dari kiri ke kanan, cas nukleus meningkat, pengaruhnya mengatasi peningkatan daya tolakan bersama antara elektron. Atas sebab ini, potensi pengionan, pertalian elektron, dan, akibatnya, kapasiti penerima dan sifat bukan logam meningkat dalam tempoh. Semua unsur yang terletak pada Br – Pada pepenjuru dan ke atas adalah bukan logam dan hanya membentuk sebatian kovalen dan anion. Semua unsur-p lain (kecuali indium, talium, polonium, bismut, yang mempamerkan sifat logam) adalah unsur amfoterik dan membentuk kedua-dua kation dan anion, kedua-duanya terhidrolisis tinggi. Kebanyakan unsur p bukan logam adalah biogenik (pengecualian ialah gas mulia, telurium dan astatin). Daripada unsur-p - logam - hanya aluminium dikelaskan sebagai biogenik. Perbezaan dalam sifat unsur jiran, kedua-duanya di dalam; dan mengikut tempoh: ia dinyatakan dengan lebih kuat daripada unsur-s. p-elemen tempoh kedua - nitrogen, oksigen, fluorin mempunyai keupayaan yang jelas untuk mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan hidrogen. Elemen tempoh ketiga dan seterusnya kehilangan keupayaan ini. Persamaan mereka hanya terletak pada struktur kulit elektron luar dan keadaan valensi yang timbul akibat elektron tidak berpasangan dalam atom yang tidak teruja. Boron, karbon dan terutamanya nitrogen sangat berbeza daripada unsur-unsur lain kumpulan mereka (kehadiran d- dan f-subperingkat).
Semua unsur p dan terutamanya unsur p bagi kala kedua dan ketiga (C, N, P, O, S, Si, Cl) membentuk banyak sebatian antara satu sama lain dan dengan unsur s-, d- dan f. Kebanyakan sebatian yang diketahui di Bumi adalah sebatian unsur-p. Lima elemen p utama (makrobiogenik) kehidupan - O, P, C, N dan S - adalah bahan binaan utama dari mana molekul protein, lemak, karbohidrat dan asid nukleik tersusun. Daripada sebatian berat molekul rendah unsur-p, yang paling penting ialah oksoanion: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- dan ion halida. unsur-p mempunyai banyak elektron valens dengan tenaga yang berbeza. Oleh itu, sebatian mempamerkan darjah pengoksidaan yang berbeza. Sebagai contoh, karbon mempamerkan pelbagai keadaan pengoksidaan dari -4 hingga +4. Nitrogen – dari -3 hingga +5, klorin – dari -1 hingga +7.
Semasa tindak balas, unsur-p boleh menderma dan menerima elektron, masing-masing bertindak sebagai agen penurunan atau agen pengoksidaan, bergantung pada sifat unsur yang berinteraksi dengannya. Ini menimbulkan pelbagai sebatian yang dibentuk oleh mereka. Peralihan bersama atom unsur p daripada pelbagai keadaan pengoksidaan, termasuk disebabkan oleh proses redoks metabolik (contohnya, pengoksidaan kumpulan alkohol ke dalam kumpulan aldehid mereka dan kemudian ke dalam kumpulan karboksil, dan seterusnya) menyebabkan banyak transformasi kimia mereka.
Sebatian karbon mempamerkan sifat pengoksidaan jika, akibat tindak balas, atom karbon meningkatkan bilangan ikatannya dengan atom unsur kurang elektronegatif (logam, hidrogen) kerana, dengan menarik elektron ikatan sepunya, atom karbon merendahkan keadaan pengoksidaannya.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
Pengagihan semula elektron antara agen pengoksidaan dan agen penurunan dalam sebatian organik hanya boleh disertai dengan peralihan dalam jumlah ketumpatan elektron ikatan kimia kepada atom yang bertindak sebagai agen pengoksidaan. Dalam kes polarisasi yang kuat, sambungan ini mungkin terputus.
Fosfat dalam organisma hidup berfungsi sebagai komponen struktur rangka membran sel dan asid nukleik. Tisu tulang dibina terutamanya daripada hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH. Asas membran sel ialah fosfolipid. Asid nukleik terdiri daripada rantai ribosa atau deoksiribosa fosfat. Di samping itu, polifosfat adalah sumber tenaga utama.
Dalam tubuh manusia, NO semestinya disintesis menggunakan enzim NO sintase daripada asid amino arginin. Jangka hayat NO dalam sel badan adalah mengikut urutan sesaat, tetapi fungsi normalnya tidak mungkin tanpa NO. Kompaun ini memastikan: kelonggaran otot licin otot vaskular, peraturan fungsi jantung, fungsi sistem imun yang berkesan, penghantaran impuls saraf. NO dipercayai memainkan peranan penting dalam pembelajaran dan ingatan.
Tindak balas redoks di mana unsur-p mengambil bahagian mendasari kesan toksiknya pada badan. Kesan toksik nitrogen oksida dikaitkan dengan keupayaan redoks yang tinggi. Nitrat yang memasuki makanan dikurangkan kepada nitrit dalam badan.
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
Nitrit mempunyai sifat yang sangat toksik. Οʜᴎ menukar hemoglobin kepada methemoglobin, yang merupakan hasil hidrolisis dan pengoksidaan hemoglobin.
Akibatnya, hemoglobin kehilangan keupayaan untuk mengangkut oksigen ke sel-sel badan. Hipoksia berkembang di dalam badan. Pada masa yang sama, nitrit, sebagai garam asid lemah, bertindak balas dengan asid hidroklorik dalam kandungan gastrik, membentuk asid nitrus, yang, dengan amina sekunder, membentuk nitrosamin karsinogenik:
Kesan biologi sebatian organik bermolekul tinggi (asid amino, polipeptida, protein, lemak, karbohidrat dan asid nukleik) ditentukan oleh atom (N, P, S, O) atau kumpulan atom yang terbentuk (kumpulan berfungsi), di mana ia bertindak sebagai pusat aktif secara kimia, penderma pasangan elektron yang mampu membentuk ikatan koordinasi dengan ion logam dan molekul organik. Akibatnya, unsur-p membentuk sebatian pengkelat polidentat (asid amino, polipeptida, protein, karbohidrat dan asid nukleik). Perlu dikatakan bahawa mereka dicirikan oleh tindak balas pembentukan kompleks, sifat amfoterik, dan tindak balas hidrolisis anionik. Sifat-sifat ini menentukan penyertaannya dalam proses biokimia asas dan dalam memastikan keadaan isohidri. Οʜᴎ membentuk sistem penampan protein, fosfat, hidrogen karbonat. Mengambil bahagian dalam pengangkutan nutrien, produk metabolik dan proses lain.
3. 1. Peranan habitat. Kimia pencemaran atmosfera. Peranan doktor dalam melindungi alam sekitar dan kesihatan manusia.
A.P. Vinogradov menunjukkan bahawa permukaan bumi adalah heterogen dalam komposisi kimia. Tumbuhan dan haiwan, serta manusia, yang terletak di zon yang berbeza, menggunakan nutrien komposisi kimia yang berbeza dan bertindak balas terhadap ini dengan tindak balas fisiologi tertentu dan komposisi kimia tertentu badan. Kesan yang disebabkan oleh unsur mikro bergantung kepada pengambilannya ke dalam badan. Kepekatan biologam dalam badan semasa fungsi normalnya dikekalkan pada tahap yang ditentukan dengan ketat (dos biotik) dengan bantuan protein dan hormon yang sesuai. Rizab biometal dalam badan diisi semula secara sistematik. Οʜᴎ terkandung dalam kuantiti yang mencukupi dalam makanan yang diambil. Komposisi kimia tumbuhan dan haiwan yang digunakan untuk makanan mempengaruhi tubuh.
Pengeluaran perindustrian yang intensif telah membawa kepada pencemaran persekitaran semula jadi dengan bahan "memudaratkan", termasuk sebatian unsur peralihan. Secara semula jadi, terdapat pengagihan semula unsur-unsur secara intensif di wilayah biogeokimia. Laluan utama (sehingga 80%) kemasukan mereka ke dalam badan adalah makanan kita. Mengambil kira pencemaran antropogenik alam sekitar, adalah amat penting untuk mengambil langkah radikal untuk memulihkan alam sekitar dan orang yang tinggal di dalamnya. Masalah ini di banyak negara Eropah didahulukan daripada masalah pertumbuhan ekonomi dan merupakan antara keutamaan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembebasan pelbagai bahan pencemar telah meningkat. Ramalan untuk pembangunan perindustrian membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa jumlah pelepasan dan pencemar alam sekitar akan terus meningkat.
Zon nyata di mana kitaran unsur berlaku akibat aktiviti kehidupan dipanggil ekosistem atau, seperti yang disebut oleh Academician V.N. Sukachev, biogeocenosis. Manusia adalah sebahagian daripada ekosistem di planet kita. Dalam aktiviti hidupnya, seseorang boleh mengganggu perjalanan kitaran biogenik semula jadi. Banyak industri mencemarkan alam sekitar. Menurut ajaran V.I. Vernadsky, cangkang planet kita, diubah oleh aktiviti ekonomi manusia, dipanggil noosfera. Ia meliputi keseluruhan biosfera dan melampaui hadnya (stratosfera, lombong dalam, telaga, dll.). Peranan utama dalam noosfera dimainkan oleh penghijrahan teknogenik unsur - teknogenesis. Penyelidikan tentang geokimia noosfera adalah asas teori untuk penggunaan rasional sumber semula jadi dan memerangi pencemaran alam sekitar. Pencemaran alam sekitar gas, cecair dan pepejal membentuk aerosol toksik (kabus, asap) di lapisan tanah atmosfera. Apabila atmosfera tercemar dengan sulfur dioksida, kelembapan yang tinggi dan tiada suhu, asap toksik terbentuk. Kerosakan utama kepada alam sekitar adalah disebabkan oleh produk pengoksidaan SO 2, SO 3 dan asid H 2 SO 3 dan H 2 SO 4. Hasil daripada pelepasan sulfur oksida dan nitrogen, hujan "asid" diperhatikan di kawasan perindustrian. Air hujan yang mengandungi kepekatan ion hidrogen yang tinggi boleh melarutkan ion logam toksik:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O
Apabila enjin pembakaran dalaman beroperasi, nitrogen oksida dibebaskan, hasil penukarannya ialah ozon:
N 2 + O 2 « 2NO (dalam silinder enjin)
Kebimbangan besar kepada masyarakat ialah masalah alam sekitar, intipati kimianya adalah untuk melindungi biosfera daripada lebihan karbon oksida dan metana, yang mewujudkan "kesan rumah hijau", sulfur dan nitrogen oksida yang membawa kepada "hujan asid"; derivatif halogen (klorin, fluorin) hidrokarbon yang melanggar "perisai ozon Bumi"; bahan karsinogenik (hidrokarbon poliaromatik dan hasil pembakaran tidak lengkapnya) dan produk lain. Pada masa kini, bukan sahaja masalah perlindungan alam sekitar, tetapi juga perlindungan persekitaran dalaman menjadi relevan. Bilangan bahan memasuki organisma hidup yang asing, asing kepada kehidupan dan dipanggil xenobiotik. Menurut Pertubuhan Kesihatan Sedunia, terdapat kira-kira 4 juta daripadanya.Mereka memasuki badan dengan makanan, air dan udara, serta dalam bentuk ubat-ubatan (bentuk dos).
Ini disebabkan budaya rendah pengeluar dan pengguna bahan kimia yang tidak mempunyai pengetahuan kimia profesional. Sesungguhnya, hanya kejahilan tentang sifat-sifat bahan dan ketidakupayaan untuk meramalkan akibat daripada penggunaannya yang berlebihan boleh menyebabkan kehilangan alam semula jadi yang tidak boleh diperbaiki, yang mana manusia adalah elemen penting. Malah, sehingga hari ini, beberapa pengeluar, dan juga pekerja perubatan, disamakan dengan penggiling Bulgakov, yang ingin segera pulih daripada malaria dengan dos kina (kejutan) yang luar biasa, tetapi tidak mempunyai masa - dia meninggal dunia. Peranan pelbagai unsur kimia dalam pencemaran alam sekitar dan kejadian penyakit, termasuk pekerjaan, masih kurang dikaji. Adalah perlu untuk menganalisis kemasukan pelbagai bahan ke dalam alam sekitar akibat daripada aktiviti manusia, cara mereka memasuki tubuh manusia, tumbuh-tumbuhan, interaksi mereka dengan organisma hidup pada tahap yang berbeza, dan membangunkan sistem langkah-langkah berkesan yang bertujuan untuk mencegah kedua-duanya. pencemaran alam sekitar selanjutnya dan mewujudkan cara biologi yang diperlukan untuk melindungi persekitaran dalaman badan. Pekerja perubatan dikehendaki mengambil bahagian dalam pembangunan dan pelaksanaan langkah teknikal, pencegahan, kebersihan, kebersihan dan terapeutik.
3.2 Wilayah biokimia. Penyakit endemik.
Zon di mana haiwan dan tumbuhan dicirikan oleh komposisi unsur kimia tertentu dipanggil wilayah biogeokimia. Wilayah biogeokimia ialah taksa peringkat ketiga biosfera - wilayah pelbagai saiz dalam subkawasan biosfera dengan tindak balas ciri yang berterusan bagi organisma (contohnya, penyakit endemik). Terdapat dua jenis wilayah biogeokimia - semula jadi dan teknogenik, hasil daripada pembangunan deposit bijih, pelepasan daripada industri metalurgi dan kimia, dan penggunaan baja dalam pertanian. Adalah perlu untuk memberi perhatian kepada peranan mikroorganisma dalam mewujudkan ciri geokimia alam sekitar. Kekurangan dan lebihan unsur boleh menyebabkan pembentukan wilayah biogeokimia, yang disebabkan oleh kedua-dua kekurangan unsur (iodin, fluorin, kalsium, tembaga, dll. wilayah) dan lebihan mereka (boron, molibdenum, fluorin, tembaga, dll.). Masalah kekurangan bromin dalam kawasan benua, kawasan pergunungan dan lebihan bromin dalam landskap pantai dan gunung berapi adalah menarik dan penting. Di kawasan ini, evolusi sistem saraf pusat berjalan secara kualitatif secara berbeza. Di Ural Selatan, wilayah biogeokimia ditemui pada batuan yang diperkaya dengan nikel. Perlu dikatakan bahawa ia dicirikan oleh bentuk hodoh rumput dan penyakit biri-biri yang dikaitkan dengan peningkatan kandungan nikel dalam persekitaran.
Perkaitan wilayah biogeokimia dengan keadaan ekologinya memungkinkan untuk mengenal pasti wilayah berikut: a) dengan keadaan ekologi yang agak memuaskan - (zon kesejahteraan relatif); b) dengan pelanggaran alam sekitar yang boleh diterbalikkan, terhad, dan dalam kebanyakan kes - (zon risiko alam sekitar); c) dengan tahap kelemahan yang cukup tinggi diperhatikan dalam tempoh yang lama di wilayah yang besar, penghapusan yang memerlukan kos dan masa yang ketara - (zon krisis ekologi); d) dengan tahap kesusahan alam sekitar yang sangat tinggi, kerosakan alam sekitar yang hampir tidak dapat dipulihkan yang mempunyai penyetempatan yang jelas -( zon bencana ekologi).
Berdasarkan faktor impak, tahap, tempoh tindakan dan kawasan pengedarannya, wilayah biogeokimia teknologi semula jadi berikut dikenal pasti sebagai zon risiko dan krisis:
1. polimetalik (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) dengan persatuan dominan Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn, termasuk:
· diperkaya dengan tembaga (Ural Selatan, Bashkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· diperkaya dengan nikel (Norilsk, Monchegorsk, Nikel, Polyarny, Tuva, Ural Selatan);
· diperkaya dengan plumbum (Altai, Caucasus, Transbaikalia);
· diperkaya dengan fluorin (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);
· dengan kandungan uranium dan radionuklid yang tinggi dalam persekitaran (Transbaikalia, Altai, Ural Selatan).
2. wilayah biogeokimia dengan kekurangan unsur mikro (Se, I, Cu, Zn, dll.).