Основы химии биогенных элементов. Биоэлементы неметаллы. Кислород. Азот. Сера. Углерод. Йод. Кремний

 

Основные проявления избытка  серы:

• Кожный зуд, сыпи, фурункулез.
• Покраснение и опухание конъюнктивы.
• Появление мелких точечных дефектов на роговице.
• Ломота в бровях и глазных яблоках, ощущением песка в глазах.
• Светобоязнь, слезотечение.
• Общая слабость, головные боли, головокружение, тошнота.
• Катар верхних дыхательных путей, бронхит.
• Ослабление слуха.
• Расстройства пищеварения, поносы, снижение массы тела.
• Анемия.
• Судороги и потеря сознания (при острой интоксикации).
• Психические нарушения, понижение интеллекта.
• Синергисты и антагонисты серы

К элементам, способствующим усвоению S, относятся F и Fe, а к антагонистам - As, Ba, Fe, Pb, Mo и Se.

• Коррекция недостатка и избытка серы в организме

При недостаточном поступлении  серы в организм необходимо увеличить  в рационе количество продуктов  с повышенным содержанием этого  биоэлемента (сыры, яйца, морские продукты, капуста, фасоль), а также тиамина, биотика метионина, серосодержащих БАД к пище. Считается, что подобное состояние возникает крайне редко, а изменения биоэлементного статуса серы связаны, прежде всего, с нарушениями обмена серы.

При избыточном поступлении  серы в организм (интоксикация в  производственных условиях) необходимо принять соответствующие защитные меры.

• Сера и экология

К числу наиболее опасных  соединений серы как загрязнителей  природной среды относятся сероводород, оксид серы и сернистый ангидрид.

Сероводород выбрасывают  в атмосферу предприятия нефтеперерабатывающей, коксохимической, азотно-туковой промышленности. В больших концентрациях сероводород  действует как сильный яд нервно-паралитического действия. При его концентрации 1000 мг/м3 и выше у человека появляются судороги, может остановиться дыхание или наступить паралич сердца. Сероводород блокирует дыхательные ферменты в результате его взаимодействия с железом. Раздражающе действует на слизистую органов дыхания и глаз. Сероводород крайне ядовит: уже при концентрации 0,1% влияет на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, вызывает поражение печени, желудочно-кишечного тракта, эндокринного аппарата. При хроническом воздействии малых концентраций сероводорода наступает изменение световой чувствительности глаз и электрической активности мозга, отмечаются изменения в морфологическом составе крови, ухудшается состояние сердечно-сосудистой и нервной систем человека.

Оксид серы (IV) поступает  в воздух в результате сжигания топлива  и плавки руд, содержащих серу. Основные источники загрязнения атмосферы SO ₂ : энергетические установки, предприятия цветной металлургии и сернокислое производство. Менее значительны выбросы предприятий черной металлургии и машиностроения, угольной, нефтеперерабатывающей промышленности, производства суперфосфата, транспорта. Выбросы SO ₂ загрязняют воздух на значительное расстояние от источника (на тысячу и более километров). Оксид серы (IV) может нарушатьуглеводный и белковый обмен, способствует образованию метгемоглобина, снижению имуннозащитных свойств организма. Оксид серы (IV) считается одной из основных действующих составных частей "токсичных туманов" и одним из активных компонентов формирования смога.

Сернистый ангидрид может  вызывать общее отравление организма, проявляющееся в изменении состава  крови, поражении органов дыхания, повышении восприимчивости к  инфекционным заболеваниям. Развивается  нарушение обмена веществ, повышение  артериального давления у детей, ларингит, конъюнктивит, ринит, бронхопневмония, аллергические реакции, острые заболевания  верхних дыхательных путей и  системы кровообращения. При кратковременном воздействии – раздражение слизистой оболочки глаз, слезотечение, затруднение дыхания, тошнота, рвота, головные боли. Повышенная утомляемость, ослабление мышечной силы, снижение памяти. Замедление восприятия, ослабление функциональной способности сердца, изменение бактерицидности кожи.

• Применение соединений серы

Соединения серы широко используются в химической, текстильной, бумажной, кожевенной, автомобилестроительной промышленности; при изготовлении пластмасс, парафина, взрывчатых веществ, красок, удобрений  и ядохимикатов для сельского  хозяйства.

Для медицинских целей  люди издавна использовали дезинфицирующие  свойства серы, которую применяли  при лечении кожных болезней, а  также бактерицидное действие сернистого газа, образующегося при горении  серы.

При приеме внутрь элементарная сера действует как слабительное. Порошок очищенной серы используют в качестве противоглистного средства при энтеробиозе. Соединения серы в  видесульфаниламидных препаратов (бисептол, сульфацил-натрия,сульгин и др.) обладают противомикробной активностью.

Стерильный раствор 1-2% серы в персиковом масле применяют  для пирогенной терапии при лечении  сифилиса.

Сера и ее неорганические соединения применяются при хронических  артропатиях, при заболеваниях сердечной мышцы (кардиосклероз), при многих хронических кожных и гинекологических заболеваниях, при профессиональных отравлениях тяжелыми металлами (ртуть, свинец) - Тиосульфат натрия.

Очищенную и осажденную серу применяют наружно в мазях  и присыпках при кожных заболеваниях (себорея, сикоз); при лечении себореи  волосистой части головы используют селена дисульфид. Тиосульфат натрия также применяется как наружное средство при лечении больных чесоткой и некоторыми грибковыми заболеваниями кожи.

Сера входит в состав многих других лекарственных фармпрепаратов седативного, нейролептического, противоопухолевого действия (тиопентал, тиопроперазин, тиоридазин и др.).

 

Углерод

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Углерод - элемент IV группы периодической системы с атомным номером 6. Международное название происходит от латинского carbo — уголь, связанного с древним корнем kar — огонь. Этот же корень в латинском cremare — гореть, а возможно, и в русском «гарь», «жар», «угореть» (в древнерусском «угорати» — обжигать, опалять). Отсюда — и «уголь».

Углерод при обычных условиях химически  инертен. Содержание углерода в земной коре 0,1 % по массе. В природе в  чистом виде встречается в виде графита, угля, алмаза. Значительное количество углерода содержится в горючих ископаемых (природный газ, нефть, уголь, горючие  сланцы), в углеродсодержащих минералах (кальцит, арагонит, доломит и др.). В круговороте углерода в природе  участвуют растения, животные, человек, горючие ископаемые, негорючие минералы, углекислый газ атмосферы.

Углерод широко распространен в  космосе; на Солнце он занимает 4-е место  после водорода (H), гелия (He) и кислорода (O).

• Биологическая роль углерода

Углерод - биогенный элемент. Его  соединения играют особую роль в жизнедеятельности  растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%).

Атомы углерода обладают способностью образовывать цепи типа "углерод-углерод" любой длины и различной степени  разветвленности; эти цепи могут  замыкаться в кольца (циклические  разновидности углеводородов). Углерод  способен к образованию неограниченного  количества структурных и пространственных соединений с электронположительными и электронотрицательными элементами. В настоящее время известно несколько миллионов органических соединений; на углеродной основе построена вся жизнь на земле.

Соединения углерода (углеводы, белки, жиры, ДНК и РНК, гормоны, амино- и карбоновые кислоты ) участвуют в построении всех тканей организма, обеспечении жизнедеятельности животных и растений.

Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, тем самым обеспечивая  биологическое разнообразие, участие  во всех функциях и проявлениях живого. В биомолекулах углерод образует полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Столь существенная физиологическая роль углерода определяетсятем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме.

Окисление соединений углерода под  действием кислорода приводит к  образованию воды и углекислого  газа; этот процесс служит для организма  источником энергии.

Двуокись углерода CO₂ (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ, является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения. 

 

• Метаболизм углерода

В организм человека углерод поступает  с пищей (в норме около 300 г в  сутки). Общее содержание углерода достигает  около 21% (15 кг на 70 кг общей массы  тела). Углерод составляет 2/3 массы  мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится  из организма преимущественно с  выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина). 

 

• Токсичность углерода

В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью. К таким  соединениям следует отнести  окись углерода СО (угарный газ), четыреххлористый углерод CСl₄, сероуглерод СS₂, соли цианистой кислоты HCN, бензол С6Н6 и другие. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра.

Длительное вдыхание каменноугольной  пыли может привести к антракозу, заболеванию, сопровождающемуся отложением угольной пыли в ткани легких и  лимфатических узлах, склеротическими  изменениями легочной ткани. Токсическое  действие углеводородов и других соединений нефти у рабочих нефтедобывающей  промышленности может проявиться в  огрубении кожи, появлении трещин и язв, развитии хронических дерматитов.

Для человека углерод может быть токсичен в форме окиси углерода (СО) или цианидов (CN-).

Концентрация углерода над источниками  горения 100—400 мкг/м³, крупными городами 2,4—15,9 мкг/м³, сельскими районами 0,5 — 0,8 мкг/м³.

Токсическое действие 14С, вошедшего  в состав молекул белков, определяется радиационным воздействием бета частиц и ядер отдачи азота (14С (β) → 14N) и трансмутационным эффектом — изменением химического состава молекулы в результате превращения атома С в атом N. 

 

• Применение соединений углерода

Соединения углерода используются в виде топлива (уголь, нефть, газ, горючие  сланцы), применяются в химической и сталелитейной промышленности, в полиграфии, в пищевой промышленности и во многих других областях человеческой деятельности.

В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода - производные угольной кислоты  и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции газов и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) - для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода - для научных медицинских исследований и т.д.

 

 

Общие сведения.

Йод – элемент VII группы периодической системы, ат. н. – 53, ат. м. – 127. Название происходит от греч. iodes (фиолетовый), поскольку такой цвет имеют пары йода. Открыт в 1811 г. Б. Куртуа (Франция).

Йод это твердый, черный, блестящий неметалл. Йод испаряется при обычной температуре, а при нагревании возгоняется. Йод плохо растворим в воде, значительно лучше он растворяется в органических растворителях. Обладает высокой химической активностью и способностью к перемене валентности.

В природе йод  встречается в виде солей (йодидов  и йодатов) и в составе морской соли, преимущественно в виде йодистого натрия и йодистого магния. В морской воде содержится до 50 мкг/л йода. Морские водоросли, такие как ламинария и др., могут содержать до 1% йода.

Йод применяется  для изготовления органических красителей, искусственных каучуков, чистых металлов, в фото и кинопромышленности.

В древнем Китае, еще за 3000 лет до н.э., сожженные  морские губки и водоросли  применялись для лечения зоба (заболевание щитовидной железы, вызванное  дефицитом йода). В Греции, две  с половиной тысячи лет назад, Гиппократ прописывал пациентам  идентичное средство. Впоследствии было установлено, что недостаточное  для человека содержание йода в пище и воде является причиной йододефицитных заболеваний. В СССР было налажено производство йодированной соли, и в течение нескольких десятилетий успешно проводилась массовая профилактика йододефицитных заболеваний. В настоящее время в связи с распространением эндемического зоба, в России предпринимаются меры по снижению распространенности йододефицитных заболеваний. Однако, несмотря на активное применение йодированной соли в развитых странах, нехватка йода остается одним из наиболее распространенных минеральных дефицитов в мире. Достаточно сказать, что от этого минерального дефицита страдает более 1 млрд. человек. Согласно рекомендациям ВОЗ, в мире применяются 4 метода профилактики йододефицитных заболеваний: йодирование соли, хлеба, масла и прием обогащенных йодом биологически активных добавок к пище.

В медицинских  целях йод используется в лекарственных  препаратах, применяемых, в частности, при заболеваниях щитовидной железы («Йодтирокс»). Йод входит в состав "бытовой" настойки йода в спирте, раствора Люголя, ряда препаратов, таких как «Йокс», «Калий-йодид», «Йодипол». Радиоактивный йод применяется для диагностики заболеваний щитовидной железы. Некоторые препараты йода служат в качестве рентгеноконтрастных веществ при исследованиях сосудов и сердца («Йодамид»), матки и фаллопиевых труб («Йодолипол»), печени и желчного пузыря («Билигност»). Йод используют в гинекологической практике для профилактики и лечения инфекционных заболеваний как средство для местного применения.