Hapniku keemilised omadused elusorganismidele. Hapniku tsükkel. Hapniku bioloogiline tähtsus. Hapnikuringe reservfond, biosfääri hapnikuvarustuse allikad. Hapniku kasutamine elus

Meri ja magevesi sisaldavad tohutul hulgal seotud hapnikku - 85,82% (massi järgi). Rohkem kui 1500 maakoore ühendit sisaldavad hapnikku.

Lae alla:

Eelvaade:

Professionaalse kõrghariduse föderaalne riigieelarveline õppeasutus "Mordovia Riiklik Ülikool, mis sai nime. N. P. Ogareva"

Meditsiiniinstituut

Analüütilise keemia osakond

Essee

teemal:

"Hapniku bioloogiline roll".

Lõpetatud:

1. kursuse üliõpilane

104 erialarühma

"Ravim"

Beljajeva Maria

Kontrollitud:

PhD keemias

Gurvitš Ljudmila Govseevna

Saransk 2015-2016

Sissejuhatus

Hapnik on 16. rühma element (vastavalt vananenud klassifikatsioonile - VI rühma põhirühm), D.I. keemiliste elementide perioodilisuse tabeli teine ​​periood aatomnumbriga 8. Seda tähistatakse sümboliga O (. lat. Oxygenium). Hapnik on keemiliselt aktiivne mittemetall ja kõige kergem element kalkogeenide rühmast. Lihtaine hapnik (CAS number: 7782-44-7) on tavatingimustes värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mille molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (valem O2), mistõttu seda nimetatakse ka dihapnikuks. Vedel hapnik on helesinist värvi, tahke hapnik aga helesinised kristallid.

On ka teisi hapniku allotroopseid vorme, näiteks osoon (CAS number: 10028-15-6) - tavatingimustes spetsiifilise lõhnaga sinine gaas, mille molekul koosneb kolmest hapnikuaatomist (valem O3).

Hapniku avastamise ajalugu.

Ametlikult arvatakse, et hapniku avastas inglise keemik Joseph Priestley 1. augustil 1774 elavhõbeoksiidi lagundamisel hermeetiliselt suletud anumas (Priestley suunas päikesevalguse sellele ühendile võimsa läätse abil).

2HgO (t) → 2Hg + O 2

Kuid Priestley ei mõistnud alguses, et ta oli avastanud uue lihtsa aine, ta uskus, et oli eraldanud ühe õhu koostisosadest (ja nimetas seda gaasi "deflogisteeritud õhuks"). Priestley teatas oma avastusest väljapaistvale prantsuse keemikule Antoine Lavoisier'le. 1775. aastal tegi A. Lavoisier kindlaks, et hapnik on õhu, hapete koostisosa ja seda leidub paljudes ainetes.

Mõni aasta varem (1771. aastal) hankis hapnikku Rootsi keemik Karl Scheele. Ta kaltsineeris soola väävelhappega ja seejärel lagundas saadud lämmastikoksiidi. Scheele nimetas seda gaasi "tuleõhuks" ja kirjeldas oma avastust 1777. aastal ilmunud raamatus (just seetõttu, et raamat ilmus hiljem, kui Priestley oma avastamisest teatas, peetakse viimast hapniku avastajaks). Scheele teatas oma kogemusest ka Lavoisier'le.

Oluliseks etapiks, mis aitas kaasa hapniku avastamisele, oli prantsuse keemiku Peter Bayeni töö, kes avaldas töid elavhõbeda oksüdatsiooni ja sellele järgneva oksiidi lagunemise kohta.

Lõpuks mõistis A. Lavoisier Priestley ja Scheele'i teabe abil lõpuks välja tekkiva gaasi olemuse. Tema töö oli tohutu tähtsusega, sest tänu sellele kukutati tol ajal domineeriv ja keemia arengut pärssinud flogistoniteooria. Lavoisier viis läbi erinevate ainete põlemise katseid ja lükkas ümber flogistoni teooria, avaldades tulemused põletatud elementide massi kohta. Tuha kaal ületas elemendi algse massi, mis andis Lavoisier'le õiguse väita, et põlemisel toimub aine keemiline reaktsioon (oksüdatsioon) ja seetõttu suureneb algaine mass, mis kummutab flogistoni teooria. .

Seega jagavad au hapniku avastamise eest tegelikult Priestley, Scheele ja Lavoisier vahel.

Looduses olemine

Hapnik on maapõues kõige levinum element, selle osakaal (peamiselt mitmesugustes ühenditessilikaadid ) moodustab umbes 47% tahkest massistmaakoor . Meri ja magevesi sisaldavad tohutul hulgal seotud hapnikku - 85,82% (massi järgi). Rohkem kui 1500 maakoore ühendit sisaldavad hapnikku.

Hapnik on peamine biogeenne element, mis on osa kõigi olulisemate rakkude struktuuri ja talitlust tagavate ainete – valkude, nukleiinhapete, süsivesikute, lipiidide, aga ka paljude madalmolekulaarsete ühendite – molekulidest. Iga taim või loom sisaldab palju rohkem hapnikku kui ükski teine ​​element (keskmiselt umbes 70%). Inimese lihaskoes on 16% hapnikku, luukoes - 28,5%; Kokku sisaldab keskmise inimese (kehakaal 70 kg) keha 43 kg hapnikku. Loomade ja inimeste kehasse satub hapnik peamiselt hingamiselundite kaudu (vaba hapnik) ja veega (seotud hapnik). Organismi hapnikuvajaduse määrab ainevahetuse tase (intensiivsus), mis sõltub keha massist ja pinnast, vanusest, soost, toitumise iseloomust, välistingimustest jne Ökoloogias on koguhingamise suhe (et on koosluse kogu oksüdatiivsed protsessid) on määratud selle kogubiomassi oluliseks energiakarakteristikuks organismid.

Meditsiinis kasutatakse hapnikku väikestes kogustes: hapnikku (nn hapnikupatjadest) antakse patsientidele, kellel on mõnda aega hingamisraskused. Siiski tuleb meeles pidada, et hapnikuga rikastatud õhu pikaajaline sissehingamine on inimese tervisele ohtlik. Hapniku kõrge kontsentratsioon põhjustab kudedes vabade radikaalide teket, mis häirib biopolümeeride struktuuri ja funktsiooni. Ioniseeriv kiirgus avaldab kehale sarnast mõju. Seetõttu on hapnikusisalduse vähenemisel (hüpoksia) kudedes ja rakkudes organismi kiiritamisel ioniseeriva kiirgusega kaitsev toime – nn hapnikuefekt. Seda efekti kasutatakse kiiritusravis: hapnikusisalduse suurendamine kasvajas ja selle sisalduse vähendamine ümbritsevates kudedes suurendab kiirguskahjustust kasvajarakkudele ja vähendab kahjustusi tervetele. Mõnede haiguste puhul kasutatakse kõrge rõhu all keha küllastamist hapnikuga – hüperbaarilist hapnikuga varustamist.

Plaan:

Avastamise ajalugu

Nime päritolu

Looduses olemine

Kviitung

Füüsikalised omadused

Keemilised omadused

Rakendus

Hapniku bioloogiline roll

Mürgised hapniku derivaadid

10. Isotoobid

Hapnik

Hapnik- 16. rühma element (vananenud klassifikatsiooni järgi - VI rühma põhirühm), D.I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi teine ​​periood, aatomnumbriga 8. Tähistatakse sümboliga O (lat. Oxygenium). . Hapnik on keemiliselt aktiivne mittemetall ja kõige kergem element kalkogeenide rühmast. Lihtne aine hapnikku(CAS number: 7782-44-7) on tavatingimustes värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mille molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (valem O 2) ja seetõttu nimetatakse seda ka dihapnikuks sinine värv ja tahked kristallid on helesinist värvi.

On ka teisi hapniku allotroopseid vorme, näiteks osoon (CAS number: 10028-15-6) - tavatingimustes spetsiifilise lõhnaga sinine gaas, mille molekul koosneb kolmest hapnikuaatomist (valem O 3).

1. Avastamise ajalugu

Ametlikult arvatakse, et hapniku avastas inglise keemik Joseph Priestley 1. augustil 1774 elavhõbeoksiidi lagundamisel hermeetiliselt suletud anumas (Priestley suunas päikesevalguse sellele ühendile võimsa läätse abil).

Kuid Priestley ei mõistnud alguses, et ta oli avastanud uue lihtsa aine, ta uskus, et ta oli eraldanud ühe õhu koostisosadest (ja nimetas seda gaasi "deflogisteeritud õhuks"). Priestley teatas oma avastusest väljapaistvale prantsuse keemikule Antoine Lavoisier'le. 1775. aastal tegi A. Lavoisier kindlaks, et hapnik on õhu, hapete koostisosa ja seda leidub paljudes ainetes.

Mõni aasta varem (1771. aastal) hankis hapnikku Rootsi keemik Karl Scheele. Ta kaltsineeris soola väävelhappega ja seejärel lagundas saadud lämmastikoksiidi. Scheele nimetas seda gaasi "tuleõhuks" ja kirjeldas oma avastust 1777. aastal ilmunud raamatus (just seetõttu, et raamat ilmus hiljem, kui Priestley oma avastamisest teatas, peetakse viimast hapniku avastajaks). Scheele teatas oma kogemusest ka Lavoisier'le.

Oluliseks sammuks, mis aitas kaasa hapniku avastamisele, oli prantsuse keemiku Pierre Bayeni töö, kes avaldas töid elavhõbeda oksüdatsiooni ja sellele järgneva oksiidi lagunemise kohta.

Lõpuks mõistis A. Lavoisier Priestley ja Scheele'i teavet kasutades lõpuks välja tekkiva gaasi olemuse. Tema töö oli tohutu tähtsusega, sest tänu sellele kukutati tol ajal domineeriv ja keemia arengut pärssinud flogistoniteooria. Lavoisier viis läbi erinevate ainete põlemise katseid ja lükkas ümber flogistoni teooria, avaldades tulemused põletatud elementide massi kohta. Tuha kaal ületas elemendi algse massi, mis andis Lavoisier'le õiguse väita, et põlemisel toimub aine keemiline reaktsioon (oksüdatsioon) ja seetõttu suureneb algaine mass, mis kummutab flogistoni teooria. .

Seega jagavad au hapniku avastamise eest tegelikult Priestley, Scheele ja Lavoisier vahel.

1. nime päritolu

Sõna hapnik (19. sajandi alguses nimetati seda ka "happelahuseks") võlgneb oma ilmumise vene keelde teatud määral M. V. Lomonosovile, kes võttis koos teiste neologismidega kasutusele sõna "hape". Seega oli sõna "hapnik" omakorda A. Lavoisier' (vanakreeka keelest ὀξύς - "hapu" ja γεννάω - "sünnitamine") välja pakutud termini "hapnik" (prantsuse oxygène) jälg, mis on tõlgitud kui "happe tekitamine", mis on seotud selle algse tähendusega - "hape", mis varem tähendas kaasaegse rahvusvahelise nomenklatuuri järgi aineid, mida nimetatakse oksiidideks.

1. Looduses olemine

Hapnik on kõige levinum element Maal (erinevates ühendites, peamiselt silikaatides) moodustab umbes 47,4% tahke maakoore massist. Meri ja magevesi sisaldavad tohutul hulgal seotud hapnikku - 88,8% (massi järgi), atmosfääris on vaba hapniku sisaldus 20,95% mahust ja 23,12% massist. Rohkem kui 1500 maakoore ühendit sisaldavad hapnikku.

Hapnik on osa paljudest orgaanilistest ainetest ja seda leidub kõigis elusrakkudes. Elusrakkudes olevate aatomite arvu osas on see umbes 25% ja massiosa järgi - umbes 65%.

Hapniku avastamine toimus kahel korral, 18. sajandi teisel poolel, mitmeaastase vahega. 1771. aastal sai hapnikku rootslane Karl Scheele soolapeetri ja väävelhappe kuumutamisel. Saadud gaasi nimetati "tuleõhuks". 1774. aastal viis inglise keemik Joseph Priestley läbi elavhõbeoksiidi lagundamisprotsessi täiesti suletud anumas ja avastas hapniku, kuid pidas seda õhus olevaks koostisosaks. Alles pärast seda, kui Priestley jagas oma avastust prantslase Antoine Lavoisier'ga, sai selgeks, et avastati uus element (kalorisaator). Priestley võtab selle avastuse juhtpositsiooni, sest Scheele avaldas oma avastust kirjeldava teadusliku töö alles 1777. aastal.

Hapnik on D.I. keemiliste elementide perioodilisuse tabeli II perioodi XVI rühma element. Mendelejevi aatomnumber on 8 ja aatommass 15,9994. Sümboliga on tavaks tähistada hapnikku KOHTA(ladina keelest Oxygenium- happe tekitamine). Vene keeles nimi hapnikku sai tuletiseks happed, termin, mille võttis kasutusele M.V. Lomonossov.

Looduses olemine

Hapnik on kõige levinum element, mida leidub maakoores ja maailma ookeanis. Hapnikuühendid (peamiselt silikaadid) moodustavad vähemalt 47% maakoore massist hapnikku toodavad fotosünteesi käigus metsad ja kõik rohelised taimed, millest suurem osa pärineb mere- ja magevete fütoplanktonist. Hapnik on kõigi elusrakkude oluline komponent ja seda leidub ka enamikus orgaanilise päritoluga ainetes.

Füüsilised ja keemilised omadused

Hapnik on kerge mittemetall, kuulub kalkogeenide rühma ja on kõrge keemilise aktiivsusega. Hapnik on lihtainena värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas, mis on vedelas olekus - helesinine läbipaistev vedelik ja tahkes olekus - helesinised kristallid. Koosneb kahest hapnikuaatomist (tähistatakse valemiga O2).

Hapnik osaleb redoksreaktsioonides. Elusolendid hingavad õhust hapnikku. Hapnikku kasutatakse laialdaselt meditsiinis. Südame-veresoonkonna haiguste korral süstitakse ainevahetusprotsesside parandamiseks makku hapnikuvahtu (“hapnikukokteil”). Hapniku subkutaanset manustamist kasutatakse troofiliste haavandite, elevandiaasi ja gangreeni korral. Kunstlikku osooniga rikastamist kasutatakse õhu desinfitseerimiseks ja desodoreerimiseks ning joogivee puhastamiseks.

Hapnik on kõigi Maal elavate organismide elutegevuse alus ja peamine biogeenne element. Seda leidub kõigi kõige olulisemate rakkude struktuuri ja funktsioonide eest vastutavate ainete (lipiidid, valgud, süsivesikud, nukleiinhapped) molekulides. Iga elusorganism sisaldab palju rohkem hapnikku kui ükski element (kuni 70%). Näiteks keskmise 70 kg kaaluva täiskasvanud inimese kehas on 43 kg hapnikku.

Hapnik siseneb elusorganismidesse (taimedesse, loomadesse ja inimestesse) hingamisteede ja vee kaudu. Pidades meeles, et inimkehas on kõige olulisem hingamiselund nahk, saab selgeks, kui palju hapnikku inimene saab, eriti suvel veehoidla kaldal. Inimese hapnikuvajaduse määramine on üsna keeruline, kuna see sõltub paljudest teguritest - vanusest, soost, kehakaalust ja pindalast, toitumissüsteemist, väliskeskkonnast jne.

Hapniku kasutamine elus

Hapnikku kasutatakse peaaegu kõikjal – alates metallurgiast kuni raketikütuse ja mägedes teetöödel kasutatavate lõhkeainete tootmiseni; meditsiinist toiduainetööstuseni.

Toiduainetööstuses on hapnik registreeritud toidu lisaainena, raketikütusena ja pakendamisgaasina.

Eelmises materjalis saime arusaama, kust inimene selle võtab. Et mõista antioksüdantide süsteemi protsesse, millel on ka suurepärane funktsionaalsus organismi tervise parandamisel, tuleks mõista hapniku tähtsust inimese tervisele ja elule.

Kui vaatleme õhku selle komponentide järgi, näeme, et sissehingatavas sisaldub see:

• 78% lämmastikku;
• 21% hapnikku;
• muud gaasid 1% ja sisaldavad 0,03% CO2.

Erinevate võimetega keemilised elemendid tõmbavad ligi täiendavaid elektrone, see võime sõltub mis tahes elemendi asukohast perioodilisustabelis. Seda külgetõmmet, mida nimetatakse elektronegatiivsuseks, väljendavad selle kokkuleppelised ühikud ja mida kõrgemad need on, seda suurem on võime elektrone ligi tõmmata.

Kui kaks erinevat aatomit suhtlevad üksteisega, nihkub elektronide paar kõige elektronegatiivsema aatomi poole. Hapnik on üks elektronegatiivsemaid elemente. See on ka kõige ihaldatum komponent Maal.

Hapnik jaguneb kaheks eksisteerimisvormiks: hapnik (O2) ja osoon (Oz). See on värvitu, lõhnatu gaas ja toimib elutähtsa ainena.
Perioodilise tabeli iga elemendiga suheldes loob see tohutu hulga ühendeid.

Hapnik on vajalik komponent, et anda inimesele eluenergiat

Maa salvestab oma atmosfääris vaba hapnikku. Seotud hapnik ladestub maakoores, aga ka mage- ja merevees. Hapnik tagab hingamisprotsessi, seejärel moodustab pärast orgaaniliste ühendite oksüdeerumist süsihappegaasi ja vett, mille käigus vabaneb energia.

Teisisõnu saame energiat, mida meie elus iga minut vajame ja mis on söödava toidu lagunemise tulemus. Toidu lagunemine toimub sissehingatava hapniku mõjul.

Nüüd hapnik ja füsioloogia.

Kõige keerulisem kehas füüsilisel, bioloogilisel ja füsioloogilisel tasandil toimuvate muutuste kogum, mille käigus keha võtab vastu ja muundab aineid ja energiat ning vahetab neid pidevalt keskkonnas, on AINEVAHETUS ja energia. Selle protsessi aluseks on energia muundamine saadud tasuta energiast
keeruliste orgaaniliste ühenditega, elektriliste, mehaaniliste ja termiliste. Rasvade, süsivesikute ja valkude ainevahetuse suhe, millega kaasnevad hormoone reguleerivad biokeemilised protsessid, võimaldab tagada meie rakkudele maksimaalse energia.

Kas teadsite, et inimese kehakaal on 62% hapnikuga täidetud?
Näiteks kui teie kaal on 70 kg, siis 43 kg sellest on hapnik. Ma annan teile huvitava fakti, sest
päevas sööme sina ja mina 2 kg hapnikku ja hingame sisse 900 grammi õhku. Neile, kes ei tea, teave teile – Oz (osoon) on hapnikuvormina mürgine.

Kes ei vajaks elamiseks hapnikku?

Anaeroobsed bakterid ja süvamereelanikud ei vaja hapnikku (nende energia põhineb
vulkaanilise tegevuse tulemusena saadud ained) Kõik muud elusolendid vajavad hapnikku. Elu planeedil on ilma selleta võimatu. Selle kõigest 5-7-minutiline puudumine põhjustab kudede hüpoksiat (hapnikunälga) ja põhjustab surma.

Toit toob kehasse elektronid ja vesiniku prootonid. Prootonid pärinevad näiteks toidust orgaanilistes hapetes ning elektrone varustavad muutuva valentsiga metallid ja vitamiinid, eelkõige C ja E. Bioloogiline oksüdatsioon saab vajaliku substraadi, mis koosneb glükoosist, milleks muundatakse kergesti seeditavad toidusüsivesikud. , vastutasuks.

Lihtsamalt öeldes varustab elektrone hapnik ja prootoneid vesinik. Prootonid ja elektronid loovad koos kovalentseid sidemeid (molekuli biosüntees). Ka keha elutähtsad elemendid (valgud, nukleiinhapped jne) täituvad hapnikuga. Ilma selleta hingamine on mõttetu, rasvade, valkude, aminohapete, süsivesikute ja muude biokeemiliste protsesside oksüdatsioon on samuti võimatu ilma hapnikuta.

Päeval, kui oleme erksad, tarbime suures koguses hapnikku. See siseneb meie kehasse loomulikult ja hingatakse sisse kopsude kaudu. Järgmisena hakkab verre sisenev väärtuslik biokomponent hemoglobiini absorbeerima, muutes selle oksühemoglobiiniks ja seejärel jaotub see kõigis meie komponentides (kudedes ja elundites). Aga ka
see tuleb ka seotud kujul, kui me vett joome. Olles saanud hapnikku, kulutavad kuded seda ainevahetusprotsessidele erinevate elementide oksüdeerimiseks. Hapniku edasine tee on suunatud selle ainevahetusele CO2-ks (süsinikdioksiid) ja H2O-ks (vesi) ning lõpuks väljub see organismist – neerude ja kopsude kaudu.