Биогенные элементы в природе

Биогенные элементы

Биогенные элементы – это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Биогенные элементы необходимы для существования и жизнедеятельности живых организмов.

Основу живых систем составляют шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Эти элементы называют органогенами; их суммарное содержание в живых организмах превышает 97 % (по массе). Однако перечень биогенных элементов не исчерпывается лишь органогенами. К числу важнейших биогенных элементов относятся также хлор, калий, натрий, магний, кальций, железо, цинк, медь, марганец, ванадий, молибден, бор, кремний, селен, фтор, бром, йод и некоторые другие элементы.

По количественному содержанию в организме биогенные элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы – это элементы, массовая доля которых в живых организмах превышает 0,01 % (кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий, хлор). Содержание микроэлементов в организме составляет 10 –5 –10 –3 масс. %; микроэлементами являются фтор, бром, йод, мышьяк, стронций, барий, медь, кобальт. Элементы, массовая доля которых в организме менее 10 –5 %, называют ультрамикроэлементами (ртуть, золото, уран, торий, радий и др.). Часто микроэлементы и ультрамикроэлементы объединяют в одну группу. В таблице 1.1 приведены данные о содержании ряда химических элементов в организме человека [1, с.210].

Таблица 1.1 – содержание некоторых химических элементов в организме человека

Группа	Массовая доля w (%)	Химические элементы
Макроэлементы	w ³ 10	O(62 %); C(21 %); H(10 %)
1 ≤ w < 10	N (3 %); Ca (2 %); P (1 %)
10 –2 ≤ w < 1	K (0,23 %); S (0,16 %); Cl (0,1 %); Na (0,08 %); Mg (0,027 %); Fe (0,01 %)
Микроэлементы	10 – 3 ≤ w < 10 – 2	Zn; Sr
10 – 4 ≤ w < 10 – 3	Cu; Co; Br; Cs; Si
10 – 5 ≤ w < 10 – 4	Mn; V; B; Cr; Al; Ba
10 –5 ≤ w < 10 – 3	I
Ультрамикроэлементы	10 –6 ≤ w < 10 –5	Ni; Ga; Ge; As; Hg; Bi
10 –7 ≤ w < 10 –6	Th
10 –7 ≤ w < 10 –5	Se; Sb; U

Недостаток данной классификации заключается в том, что она отражает лишь содержание элементов в живых организмах, но не указывает на биологическое значение того или иного элемента.

По значимости для жизнедеятельности организма химические элементы можно разделить на 3 группы:

1 – жизненно необходимые (незаменимые) элементы – постоянно содержатся в организме человека и животных, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов (C; H; O; N; P; S; Cl; I; K; Na; Mg; Ca; Mn; Fe; Co; Cu; Zn; Mo; V). Их дефицит приводит к нарушению нормального функционирования организма.

2 – примесные элементы, постоянно находящиеся в организме; эти элементы постоянно содержатся в организме человека и животных (Ga; Sb; Sr; Br; F; B; Be; Li; Si; Sn; Cs; Al; Ba; Ge; As; Rb; Pb; Ra; Bi; Cd; Cr; Ni; Ti; Ag; Th; Hg; U; Se), однако их биологическая роль малоизучена или неизвестна.

3 – примесные элементы, обнаруживаемые в организме (микропримесные элементы) – данные о содержании этих элементов (Sc; Tl; In; La; Pr; Sm; W; Re; Tb и др.) и их биологической роли в настоящее время отсутствуют.

Как следует из вышеизложенного, перечислить точно все биогенные элементы невозможно из-за сложности определения очень маленьких концентраций микроэлементов и выяснения их биологических функций. В настоящее время известно, что в организме человека и животных обнаруживается свыше 70 элементов таблицы Д.И. Менделеева; около 50 из них присутствуют постоянно, т.е. являются биогенными. Развитие аналитической химии и, в частности, спектрального анализа позволяет расширить перечень биогенных элементов и установить биологическое значение многих из них.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

Лекция 9(S-элементы)

Биогенные элементы – элементы необходимые для построения и жизнедеятельности клетки.

В состав живых организмов входят множество элементов, но биогенность установлена для 24 элементов. Принцип отбора этих элементов не ясен. Во всяком случае, решающим критерием является не относительная распространенность в природе. Такие распространенные элементы, как кремний и алюминий в организме находятся в достаточно малых количествах, а редкий в окружающей среде молибден имеет относительно большую концентрацию и входит в состав некоторых металлоферментов.

Вернадский разделил биогенные элементы на группы:

1. Макроэлементы — содержание в организме более 0,01%.
2. Микроэлементы — содержание в организме от 0,01% до 0,00001%.
3. Ультра микроэлементы — содержание в организме менее 0,00001%.

1. Взаимодействие с водородом:

1. Взаимодействие с галогенами:

1. Взаимодействие с кислотами:

1. Взаимодействие с водой:

1. Взаимодействие с кислородом:

1. Получение оксидов:

1. Гидролиз солей:

1. Взаимодействие с кислотами:

1. Взаимодействие с кислородом:

1. Ве + 2NaOH = Na₂BeO₂ + H₂

1. СаО (негашёная известь) + Н₂О = Са(ОН)₂ (гашёная известь, известковое молоко)

1. ВаCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl – качественная реакция на SO₄ 2-

Источник

Биогенные элементы

Биогенные элементы, химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего это кислород (составляющий 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Академик В. И. Вернадский считал, что все химические элементы, постоянно присутствующие в клетках и тканях организмов в естественных условиях, вероятно, играют определенную физиологическую роль. Содержание тех или иных элементов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (в частности, для растений — от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов. При нарушении поступления в организм того или иного элемента возникают заболевания — биогеохимические эндемии, например зоб у человека при недостатке иода в воде и пище, кариес зубов – при недостатке фтора.

Классификация биогенных элементов

1) органогены, в организме их 97,4% (С, Н, О, N, Р, S),

2) элементы электролитного фона (Na, К, Ca, Mg, Сl). Данные ионы металлов состав­ляют 99% общего содержания металлов в организме;

3) микроэлементы – это биологически активные атомы центров ферментов, гормонов (переходные металлы).

Б) по концентрации элементов в организме биогенные элементы делят:

Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. К ним отнесены 12 элементов: органогены, ионы электролитного фона и железо. Они составляют 99,99% живого субстрата. Еще более поразительно, что 99% жи­вых тканей содержат только шесть элементов: С, Н, О, N, Р, Ca. Элементы К, Na, Mg, Fe, Сl, S относят к олигобиогенным элементам. Содержание их колеблется от 0,1 до 1%. Биогенные элементы, суммарное содержание которых составляет величину порядка 0,01%, относят к микроэлементам. Содержание каждого из них > 0,001% (10 -3 – 10 -5 %).Большинство микроэлементов содержится в основном в тканях печени. Это депо микроэлементов. Некоторые микроэлементы проявляют сродство к определенным тканям ( йод – к щитовидной железе, фтор – к эмали зубов, цинк – к поджелудочной железе, молибден – к почкам и т.д.). Элемен­ты, содержание которых меньше чем 10 -5 %, относят к ультрамикроэлементам. Данные о количестве и биологической роли многих элементов невыяснены до конца. Некоторые из них постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Ti, F, Al, As, Cr, Ni, Se, Ge, Sn и другие. Биологическая роль их мало выяснена. Их относят к условно биогенным элементам. Другие примесные элемен­ты (Те, Sc, In, W, Re и другие) обнаружены в организме человека. При изучении биогенных элементов необходимо помнить, что биологическая роль их зависит от строения атома и положения в периодической системе элементов.

Источник

Биогенные элементы. Элементный состав живой материи и его отличия от состава неживой природы.

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Важнейшие биогенные элементы: кислород (О) (составляет около 70% массы организмов), углерод (C) (18%), водород (H) (10%), азот (N), бор (B), сера (S),кальций (Ca), калий (K), натрий (Na), хлор (Cl).

Молекулы, из которых состоят живые организмы, подчиняются всем известным законам химии, но, кроме того, они взаимодействуют между собой в соответствии с другой системой принципов, которой можно дать общее название — молекулярная логика живого состояния. Эти принципы вовсе не всегда представляют собой какие-то новые, до сих пор еще неизвестные физические законы или силы. Их следует рассматривать скорее как особую систему закономерностей, характеризующих природу, функции и взаимодействие биомолекул, т. е. таких молекул, которые входят в состав живых организмов. Все живые организмы содержат органические макромолекулы, построенные по общему плану. Большинство химических компонентов живых организмов представляют собой органические соединения, т. е. соединения углерода, в которых атомы углерода ковалентно связаны с другими атомами углерода, а также с атомами водорода, кислорода и азота.

Биогеохимические циклы веществ. Резервный и обменный фонды. Различные типы циклов.

Биогеохимическим циклом (БГХ-циклом) называется совокупность относительно замкнутых путей перемещения веществ через живые организмы и среду их обитания. Биогеохимические циклы называются так потому, что в их обеспечении участвуют как биологические, так и геохимические процессы.

Биогеохимические циклы. В экосистемах очень важна роль биогеохимических циклов [27]. Биогенные элементы — С, О₂, N₂, Р, S, СО₂, Н₂О и другие – в отличие от энергии удерживаются в экосистемах и совершают непрерывный круговорот из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду. Эти замкнутые пути называют биогеохимическими циклами. В каждом круговороте различают два фонда: резервный, включающий большую массу движущихся веществ, в основном небиологических компонентов, и подвижный, или обменный, фонд – по характеру более активный, но менее продолжительный, отличительной особенностью которого является быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Биогеохимические циклы можно подразделять на два типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан), 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, 30– 40 необходимы для живых организмов.

Биогеохимический цикл углерода.

В чем заключается проблема парникового эффекта.

В настоящее время проблема парникового эффекта является одним из наиболее глобальных экологических вопросов, стоящих перед человечеством. Суть этого явления состоит в том, что солнечное тепло остается у поверхности нашей планеты в виде оранжерейных газов. Главной причиной парникового эффектаявляется попадание в атмосферу промышленных газов.

Парниковый эффект создают углекислый газ, оксид азота, метан, хлорфторуглероды. Все эти газы — результат деятельности человека.

Сжигание топлива, автомобильные выбросы, лесные пожары, работа промышленных предприятий и повсеместная индустриализация являются причинами кислотных дождей, загрязнения воздуха, разрушения озонового слоя и его последствий, потепления климата.

С другой стороны, ряд ученых считает, что парниковый эффект всегда был присущ Земле. Но в настоящее время его масштабы приобрели угрожающие размеры вследствие смещения орбиты планеты. Последствий же парникового эффекта гораздо больше.

1. Повышенная испаряемость воды в океанах.
2. Увеличение выделения углекислого газа, метана, а также закиси азота в результате промышленной деятельности человека.
3. Быстрое таяние ледников, смена климатических зон, что приводит к уменьшению отражающей способности поверхности Земли, ледников и водоемов.
4. Разложение соединений воды и метана, которые находятся возле полюсов.
5. Замедление течений, в том числе и Гольфстрима, что может вызвать резкое похолодание в Арктике.
6. Нарушение структуры экосистемы, сокращение площади тропических лесов, исчезновение популяций многих животных, расширение среды обитания тропических микроорганизмов.

Использование инновационных подходов к организации производства поможет снизить накопление газов в атмосфере и, соответственно, влияние парникового эффекта.

Источник