Skābekļa ķīmiskās īpašības dzīviem organismiem. Skābekļa cikls. Skābekļa bioloģiskā nozīme. Skābekļa cikla rezerves fonds, biosfēras skābekļa piegādes avoti. Skābekļa izmantošana dzīvē

Jūrā un saldūdeņos ir milzīgs daudzums saistītā skābekļa - 85,82% (pēc masas). Vairāk nekā 1500 savienojumu zemes garozā satur skābekli.

Lejupielādēt:

Priekšskatījums:

Federālā valsts budžeta augstākās profesionālās izglītības iestāde “Mordovijas Valsts universitāte, kas nosaukta pēc. N. P. Ogareva"

Medicīnas institūts

Analītiskās ķīmijas katedra

Eseja

par tēmu:

"Skābekļa bioloģiskā loma."

Pabeigts:

1. kursa studente

104 specialitātes grupas

"Medicīna"

Beļajeva Marija

Pārbaudīts:

PhD ķīmijā

Gurviča Ludmila Govsevna

Saranska 2015.-2016

Ievads

Skābeklis ir 16. grupas elements (saskaņā ar novecojušo klasifikāciju - VI grupas galvenā apakšgrupa), D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās tabulas otrais periods ar atomskaitli 8. To apzīmē ar simbolu O (. lat. Oxygenium). Skābeklis ir ķīmiski aktīvs nemetāls un ir vieglākais elements no halkogēnu grupas. Vienkāršā viela skābeklis (CAS numurs: 7782-44-7) normālos apstākļos ir bezkrāsaina, bez garšas un smaržas gāze, kuras molekula sastāv no diviem skābekļa atomiem (formula O2), tāpēc to sauc arī par dioksīdu. Šķidrais skābeklis ir gaiši zilā krāsā, bet cietais skābeklis ir gaiši zili kristāli.

Ir arī citas skābekļa alotropās formas, piemēram, ozons (CAS numurs: 10028-15-6) - normālos apstākļos zila gāze ar specifisku smaržu, kuras molekula sastāv no trim skābekļa atomiem (formula O3).

Skābekļa atklāšanas vēsture.

Oficiāli tiek uzskatīts, ka skābekli 1774. gada 1. augustā atklāja angļu ķīmiķis Džozefs Prīstlijs, sadalot dzīvsudraba oksīdu hermētiski noslēgtā traukā (Prīstlijs vērsa saules gaismu uz šo savienojumu, izmantojot spēcīgu lēcu).

2HgO (t) → 2Hg + O 2

Tomēr Prīstlijs sākotnēji nesaprata, ka ir atklājis jaunu vienkāršu vielu, viņš uzskatīja, ka ir izolējis vienu no gaisa sastāvdaļām (un nosauca šo gāzi par “deflogisticated gaisu”). Prīstlijs par savu atklājumu ziņoja izcilajam franču ķīmiķim Antuānam Lavuazjē. 1775. gadā A. Lavuazjē konstatēja, ka skābeklis ir gaisa, skābju sastāvdaļa un atrodams daudzās vielās.

Dažus gadus agrāk (1771. gadā) skābekli ieguva zviedru ķīmiķis Karls Šēle. Viņš kalcinēja salpetru ar sērskābi un pēc tam sadalīja iegūto slāpekļa oksīdu. Šēle šo gāzi nosauca par “uguns gaisu” un savu atklājumu aprakstīja 1777. gadā izdotā grāmatā (tieši tāpēc, ka grāmata tika izdota vēlāk, nekā Prīstlijs paziņoja par savu atklājumu, pēdējais tiek uzskatīts par skābekļa atklājēju). Šēle par savu pieredzi ziņoja arī Lavuazjē.

Svarīgs posms, kas veicināja skābekļa atklāšanu, bija franču ķīmiķa Pītera Baiena darbs, kurš publicēja darbus par dzīvsudraba oksidēšanu un sekojošo tā oksīda sadalīšanos.

Visbeidzot, A. Lavuazjē beidzot izdomāja iegūtās gāzes būtību, izmantojot informāciju no Prīstlija un Šēla. Viņa darbam bija milzīga nozīme, jo, pateicoties tam, tika gāzta tolaik dominējošā flogistona teorija, kas kavēja ķīmijas attīstību. Lavuazjē veica dažādu vielu sadegšanas eksperimentus un atspēkoja flogistona teoriju, publicējot rezultātus par sadedzināto elementu svaru. Pelnu svars pārsniedza elementa sākotnējo svaru, kas deva Lavuāzjē tiesības apgalvot, ka degšanas laikā notiek vielas ķīmiska reakcija (oksidācija), un tāpēc sākotnējās vielas masa palielinās, kas atspēko flogistona teoriju. .

Tādējādi nopelni par skābekļa atklāšanu faktiski tiek dalīti starp Priestley, Scheele un Lavoisier.

Atrodoties dabā

Skābeklis ir visizplatītākais elements zemes garozā, tā daļa (dažādos savienojumos, galvenokārtsilikāti ) veido aptuveni 47% no cietās masaszemes garoza . Jūrā un saldūdeņos ir milzīgs daudzums saistītā skābekļa - 85,82% (pēc masas). Vairāk nekā 1500 savienojumu zemes garozā satur skābekli.

Skābeklis ir galvenais biogēnais elements, kas ietilpst visu svarīgāko vielu molekulās, kas nodrošina šūnu struktūru un darbību – proteīnu, nukleīnskābju, ogļhidrātu, lipīdu, kā arī daudzu mazmolekulāru savienojumu. Katrs augs vai dzīvnieks satur daudz vairāk skābekļa nekā jebkurš cits elements (vidēji aptuveni 70%). Cilvēka muskuļu audos ir 16% skābekļa, kaulaudos - 28,5%; Kopumā vidēja cilvēka (ķermeņa svars 70 kg) organismā ir 43 kg skābekļa. Skābeklis dzīvnieku un cilvēku organismā nonāk galvenokārt caur elpošanas orgāniem (brīvais skābeklis) un ar ūdeni (saistītais skābeklis). Organisma vajadzību pēc skābekļa nosaka vielmaiņas līmenis (intensitāte), kas ir atkarīgs no ķermeņa masas un virsmas, vecuma, dzimuma, uztura rakstura, ārējiem apstākļiem utt. Ekoloģijā kopējās elpošanas attiecība (ka ir kopienas kopējie oksidatīvie procesi) tiek noteiktas kā svarīgas enerģētiski raksturīgi organismi tās kopējai biomasai.

Medicīnā tiek izmantots neliels skābekļa daudzums: skābekli (no tā sauktajiem skābekļa spilveniem) dod pacientiem, kuriem kādu laiku ir apgrūtināta elpošana. Tomēr jāņem vērā, ka ilgstoša ar skābekli bagātināta gaisa ieelpošana ir bīstama cilvēka veselībai. Augsta skābekļa koncentrācija izraisa brīvo radikāļu veidošanos audos, izjaucot biopolimēru struktūru un darbību. Jonizējošajam starojumam ir līdzīga ietekme uz ķermeni. Tāpēc skābekļa satura samazināšanās (hipoksija) audos un šūnās, organismu apstarojot ar jonizējošo starojumu, rada aizsargājošu efektu – tā saukto skābekļa efektu. Šis efekts tiek izmantots staru terapijā: palielinot skābekļa saturu audzējā un samazinot tā saturu apkārtējos audos, tiek palielināti radiācijas bojājumi audzēja šūnām un samazināti bojājumi veselajām. Dažām slimībām tiek izmantota ķermeņa piesātināšana ar skābekli zem augsta spiediena - hiperbariskā oksigenācija.

Plāns:

Atklājumu vēsture

Vārda izcelsme

Atrodoties dabā

Kvīts

Fizikālās īpašības

Ķīmiskās īpašības

Pieteikums

Skābekļa bioloģiskā loma

Toksiski skābekļa atvasinājumi

10. Izotopi

Skābeklis

Skābeklis- 16. grupas elements (saskaņā ar novecojušo klasifikāciju - VI grupas galvenā apakšgrupa), D.I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas otrais periods, ar atomskaitli 8. Apzīmē ar simbolu O (lat. Oxygenium) . Skābeklis ir ķīmiski aktīvs nemetāls un ir vieglākais elements no halkogēnu grupas. Vienkārša viela skābeklis(CAS numurs: 7782-44-7) normālos apstākļos ir bezkrāsaina, bezgaršas un bez smaržas gāze, kuras molekula sastāv no diviem skābekļa atomiem (formula O 2), un tāpēc to sauc arī par dioksīdu zilā krāsā, un cietie kristāli ir gaiši zilā krāsā.

Ir arī citas skābekļa alotropās formas, piemēram, ozons (CAS numurs: 10028-15-6) - normālos apstākļos zila gāze ar specifisku smaržu, kuras molekula sastāv no trim skābekļa atomiem (formula O 3).

1. Atklājumu vēsture

Oficiāli tiek uzskatīts, ka skābekli 1774. gada 1. augustā atklāja angļu ķīmiķis Džozefs Prīstlijs, sadalot dzīvsudraba oksīdu hermētiski noslēgtā traukā (Prīstlijs vērsa saules gaismu uz šo savienojumu, izmantojot spēcīgu lēcu).

Tomēr Prīstlijs sākotnēji nesaprata, ka ir atklājis jaunu vienkāršu vielu, viņš uzskatīja, ka ir izolējis vienu no gaisa sastāvdaļām (un nosauca šo gāzi par “deflogisticated gaisu”). Prīstlijs ziņoja par savu atklājumu izcilajam franču ķīmiķim Antuānam Lavuazjē. 1775. gadā A. Lavuazjē konstatēja, ka skābeklis ir gaisa, skābju sastāvdaļa un atrodams daudzās vielās.

Dažus gadus agrāk (1771. gadā) skābekli ieguva zviedru ķīmiķis Karls Šēle. Viņš kalcinēja salpetru ar sērskābi un pēc tam sadalīja iegūto slāpekļa oksīdu. Šēle šo gāzi nosauca par “uguns gaisu” un savu atklājumu aprakstīja 1777. gadā izdotā grāmatā (tieši tāpēc, ka grāmata tika izdota vēlāk, nekā Prīstlijs paziņoja par savu atklājumu, pēdējais tiek uzskatīts par skābekļa atklājēju). Šēle par savu pieredzi ziņoja arī Lavuazjē.

Svarīgs solis, kas veicināja skābekļa atklāšanu, bija franču ķīmiķa Pjēra Bajena darbs, kurš publicēja darbus par dzīvsudraba oksidēšanu un sekojošo tā oksīda sadalīšanos.

Visbeidzot, A. Lavuazjē beidzot izdomāja iegūtās gāzes būtību, izmantojot informāciju no Prīstlija un Šēla. Viņa darbam bija milzīga nozīme, jo, pateicoties tam, tika gāzta tolaik dominējošā flogistona teorija, kas kavēja ķīmijas attīstību. Lavuazjē veica dažādu vielu sadegšanas eksperimentus un atspēkoja flogistona teoriju, publicējot rezultātus par sadedzināto elementu svaru. Pelnu svars pārsniedza elementa sākotnējo svaru, kas deva Lavuāzjē tiesības apgalvot, ka degšanas laikā notiek vielas ķīmiska reakcija (oksidācija), un tāpēc sākotnējās vielas masa palielinās, kas atspēko flogistona teoriju. .

Tādējādi nopelni par skābekļa atklāšanu faktiski tiek dalīti starp Priestley, Scheele un Lavoisier.

1. vārda izcelsme

Vārds skābeklis (19. gadsimta sākumā saukts arī par "skābes šķīdumu") zināmā mērā ir parādā krievu valodā M. V. Lomonosovam, kurš ieviesa vārdu "skābe" kopā ar citiem neoloģismiem. Tādējādi vārds “skābeklis” savukārt bija A. Lavuazjē (no sengrieķu ὀξύς — “skābs” un γεννάω — “dzemdēšana”) ierosinātā termina “skābeklis” (franču oxygène) izsekojums. tulkots kā “skābes radīšana”, kas ir saistīta ar tās sākotnējo nozīmi - “skābe”, kas iepriekš apzīmēja vielas, ko saskaņā ar mūsdienu starptautisko nomenklatūru sauca par oksīdiem.

1. Atrodoties dabā

Skābeklis ir visizplatītākais elements uz Zemes (dažādos savienojumos, galvenokārt silikātos) veido aptuveni 47,4% no cietās zemes garozas masas. Jūrā un saldūdeņos ir milzīgs daudzums saistītā skābekļa - 88,8% (masas), atmosfērā brīvā skābekļa saturs ir 20,95% pēc tilpuma un 23,12% pēc masas. Vairāk nekā 1500 savienojumu zemes garozā satur skābekli.

Skābeklis ir daļa no daudzām organiskām vielām un atrodas visās dzīvajās šūnās. Runājot par atomu skaitu dzīvās šūnās, tas ir aptuveni 25%, bet pēc masas daļas - aptuveni 65%.

Skābekļa atklāšana notika divas reizes, 18. gadsimta otrajā pusē, ar vairāku gadu starpību. 1771. gadā skābekli ieguva zviedrs Kārlis Šēle, karsējot salpetru un sērskābi. Iegūto gāzi sauca par "uguns gaisu". 1774. gadā angļu ķīmiķis Džozefs Prīstlijs pilnībā slēgtā traukā veica dzīvsudraba oksīda sadalīšanas procesu un atklāja skābekli, taču sajauca to ar gaisa sastāvdaļu. Tikai pēc tam, kad Prīstlijs dalījās savā atklājumā ar francūzi Antuānu Lavuazjē, kļuva skaidrs, ka ir atklāts jauns elements (kalorizators). Prīstlijs uzņemas vadību šajā atklājumā, jo Šēle publicēja savu zinātnisko darbu, aprakstot atklājumu, tikai 1777. gadā.

Skābeklis ir D.I. ķīmisko elementu periodiskās tabulas II perioda XVI grupas elements. Mendeļejevam ir atomu skaits 8 un atomu masa 15,9994. Ir ierasts apzīmēt skābekli ar simbolu PAR(no latīņu valodas Oxygenium- radot skābi). Krievu valodā nosaukums skābeklis kļuva par atvasinājumu no skābes, terminu, ko ieviesa M.V. Lomonosovs.

Atrodoties dabā

Skābeklis ir visizplatītākais elements, kas atrodams zemes garozā un Pasaules okeānā. Skābekļa savienojumi (galvenokārt silikāti) veido vismaz 47% no zemes garozas masas skābekli fotosintēzes laikā ražo meži un visi zaļie augi, no kuriem lielākā daļa nāk no fitoplanktona jūras un saldūdeņos. Skābeklis ir jebkuras dzīvas šūnas būtiska sastāvdaļa, un tas ir atrodams arī lielākajā daļā organiskas izcelsmes vielu.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Skābeklis ir viegls nemetāls, pieder pie halkogēnu grupas, un tam ir augsta ķīmiskā aktivitāte. Skābeklis kā vienkārša viela ir bezkrāsaina, bez smaržas un garšas gāze, tai ir šķidrs stāvoklis - gaiši zils caurspīdīgs šķidrums un cietā stāvoklī - gaiši zili kristāli. Sastāv no diviem skābekļa atomiem (apzīmēti ar formulu O2).

Skābeklis ir iesaistīts redoksreakcijās. Dzīvās būtnes elpo skābekli no gaisa. Skābekli plaši izmanto medicīnā. Sirds un asinsvadu slimību gadījumā vielmaiņas procesu uzlabošanai kuņģī tiek ievadītas skābekļa putas (“skābekļa kokteilis”). Subkutānu skābekļa ievadīšanu izmanto trofisko čūlu, ziloņu un gangrēnas gadījumā. Mākslīgo ozona bagātināšanu izmanto, lai dezinficētu un dezodorētu gaisu un attīrītu dzeramo ūdeni.

Skābeklis ir visu dzīvo organismu dzīves aktivitātes pamatā uz Zemes un galvenais biogēnais elements. Tas ir atrodams visu svarīgāko vielu molekulās, kas ir atbildīgas par šūnu struktūru un funkcijām (lipīdi, olbaltumvielas, ogļhidrāti, nukleīnskābes). Katrs dzīvs organisms satur daudz vairāk skābekļa nekā jebkurš elements (līdz 70%). Piemēram, vidēja pieauguša cilvēka ķermenī, kas sver 70 kg, ir 43 kg skābekļa.

Skābeklis nokļūst dzīvajos organismos (augos, dzīvniekos un cilvēkos) caur elpošanas sistēmu un ūdens uzņemšanu. Atceroties, ka cilvēka organismā svarīgākais elpošanas orgāns ir āda, kļūst skaidrs, cik daudz skābekļa cilvēks var saņemt, īpaši vasarā ūdenskrātuves krastā. Noteikt cilvēka vajadzību pēc skābekļa ir diezgan sarežģīti, jo tas ir atkarīgs no daudziem faktoriem – vecuma, dzimuma, ķermeņa svara un virsmas laukuma, uztura sistēmas, ārējās vides utt.

Skābekļa izmantošana dzīvē

Skābekli izmanto gandrīz visur – no metalurģijas līdz raķešu degvielas un sprāgstvielu ražošanai, ko izmanto ceļu darbiem kalnos; no medicīnas līdz pārtikas rūpniecībai.

Pārtikas rūpniecībā skābekli reģistrē kā pārtikas piedevu, kā propelentu un iepakošanas gāzi.

Iepriekšējā materiālā guvām izpratni par to, no kurienes cilvēks to ņem. Lai izprastu antioksidantu sistēmas procesus, kam ir arī lieliska funkcionalitāte organisma veselības uzlabošanā, ir jāsaprot skābekļa nozīme cilvēka veselībai un dzīvībai.

Ja ņemam vērā gaisu pēc tā sastāvdaļām, mēs redzēsim, ka starp ieelpotajiem tas satur:

• 78% slāpekļa;
• 21% skābekļa;
• citas gāzes 1% un satur 0,03% CO2.

Ķīmiskie elementi ar dažādām spējām piesaista papildu elektronus, šī spēja ir atkarīga no jebkura elementa stāvokļa periodiskajā tabulā. Šo pievilcību, ko sauc par elektronegativitāti, izsaka tās konvencionālās vienības, un jo augstākas tās ir, jo lielāka ir spēja piesaistīt elektronus.

Kad divi dažādi atomi mijiedarbojas viens ar otru, elektronu pāris pāriet uz elektronnegatīvāko atomu. Skābeklis ir viens no elektronnegatīvākajiem elementiem. Tā ir arī vispieprasītākā sastāvdaļa uz Zemes.

Skābeklis ir sadalīts divos eksistences veidos: skābeklī (O2) un ozonā (Oz). Tā ir bezkrāsaina gāze, bez smaržas un darbojas kā svarīga viela.
Mijiedarbojoties ar katru periodiskās tabulas elementu, tas rada milzīgu skaitu savienojumu.

Skābeklis ir nepieciešama sastāvdaļa, lai nodrošinātu cilvēku ar dzīvības enerģiju

Zeme savā atmosfērā uzglabā brīvo skābekli. Saistītais skābeklis tiek uzkrāts zemes garozā, kā arī saldūdenī un jūras ūdenī. Skābeklis nodrošina elpošanas procesu, pēc tam pēc organisko savienojumu oksidēšanās veidojas oglekļa dioksīds un ūdens, kura laikā tiek atbrīvota enerģija.

Citiem vārdiem sakot, mēs saņemam enerģiju, kas ir nepieciešama katru minūti mūsu dzīvē, kas ir mūsu ēdamā ēdiena sadalīšanās rezultāts. Pārtikas sadalīšanās notiek ieelpotā skābekļa ietekmē.

Tagad skābeklis un fizioloģija.

Sarežģītākais organismā notiekošo izmaiņu komplekss fiziskajā, bioloģiskā un fizioloģiskā līmenī, kurā organisms saņem un pārveido vielas un enerģiju un pastāvīgi apmainās ar tām vidē, ir VIELMAIŅA un enerģija. Šis process ir pamatā enerģijas pārvēršanai no saņemtās brīvās enerģijas
ar sarežģītiem organiskiem savienojumiem, elektriskiem, mehāniskiem un termiskiem. Saistība starp tauku, ogļhidrātu un olbaltumvielu metabolismu, ko pavada bioķīmiskie procesi, kas regulē hormonus, ļauj nodrošināt mūsu šūnas ar maksimālu enerģiju.

Vai zinājāt, ka cilvēka svars ir 62% piepildīts ar skābekli?
Piemēram, ja jūsu svars ir 70 kg, tad 43 kg no tā ir skābeklis. Es jums pateikšu interesantu faktu, jo
Katru dienu mēs apēdam 2 kg skābekļa un ieelpojam 900 gramus gaisa. Tiem, kas nezina, informācija jums - Oz (ozons) kā skābekļa forma ir toksisks.

Kuram nav nepieciešams skābeklis, lai dzīvotu?

Skābeklis nav nepieciešams anaerobām baktērijām un dziļjūras iemītniekiem (to enerģija ir balstīta
vielas, kas iegūtas vulkāniskās darbības rezultātā) Visām pārējām dzīvajām būtnēm nepieciešams skābeklis. Bez tā dzīve uz planētas nav iespējama. Tikai 5-7 minūšu prombūtne izraisa audu hipoksiju (skābekļa badu) un izraisa nāvi.

Pārtika ienes organismā elektronus un ūdeņraža protonus. Protoni, piemēram, nāk no pārtikas organiskajās skābēs, un elektronus piegādā metāli ar mainīgu valenci un vitamīniem, jo ​​īpaši C un E. Bioloģiskā oksidēšanās saņem nepieciešamo substrātu, kas sastāv no glikozes, un tajā tiek pārvērsti viegli sagremojami uztura ogļhidrāti. , pagriezienā.

Vienkārši sakot, elektronus piegādā skābeklis, bet protonus - ūdeņradis. Kopā protoni un elektroni veido kovalentās saites (molekulas biosintēze). Ķermeņa dzīvībai svarīgie elementi (olbaltumvielas, nukleīnskābes utt.) arī ir piepildīti ar skābekli. Elpot bez tā ir bezjēdzīga arī tauku, olbaltumvielu, aminoskābju, ogļhidrātu oksidēšanās un citi bioķīmiskie procesi bez skābekļa.

Dienas laikā, kad esam modri, mēs patērējam lielu daudzumu skābekļa. Tas dabiski nonāk mūsu ķermenī un tiek ieelpots caur plaušām. Pēc tam vērtīgais biokomponents, kas nonāk asinīs, sāk absorbēt hemoglobīnu, pārvēršot to oksihemoglobīnā, un pēc tam tas tiek izplatīts pa visiem mūsu komponentiem (audiem un orgāniem). Bet arī
tas nāk arī saistītā veidā, kad mēs dzeram ūdeni. Saņemot skābekli, audi to tērē vielmaiņas procesam, dažādu elementu oksidēšanai. Tālākais skābekļa ceļš ir vērsts uz tā metabolismu līdz CO2 (oglekļa dioksīdam) un H2O (ūdenim), un galu galā tas tiek izvadīts no organisma – nierēm un plaušām.