Естествознание Химия Лекция №2 Химия и жизнь
Химия
Лекция
№2
Химия
и жизнь
План
1. Химия и организм человека
2. Вода в природе, в быту и на производстве
3. Химический состав воздуха
Химия и организм человека
Организм человека состоит на 60% из воды, 34 % приходиться на органические вещества и 6 % на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав так же входят азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se.
Экспериментально установлено, что в организме человека металлы занимают около 3 % по массе. Если принять массу человека за 70 кг, то на долю человека приходиться 2.1 кг.
Если концентрация элементов в организме человека превышает 10-2 %, то его считают макроэлементом. Микроэлементы находятся в организме в концентрациях 10-3…10-5%.
Недостаток неорганических элементов должен сказаться на содержание соответствующих ферментов, а значит и на нормальном функционировании организма человека.
Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека:
Ca – замедление роста скелета,
Mg – мускульные судороги,
Fe – анемия, нарушение иммунной системы,
Zn - повреждение кожи, замедление роста,
Cu – слабость артерий, нарушение деятельности печени,
Mо – замедление клеточного роста,
Ni – учащение депрессий, дерматиты,
F – кариес зубов,
I – нарушение работы щитовидной железы и тд.
К жизненно необходимым органическим соединениям организма человека относятся белки, углеводы, жиры, витамины.
Витамины – группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости для организма в качестве составной части пищи.
С нарушением поступления витаминов в организм человека связаны три принципиально патологических состояния: недостаток витамина – гиповитаминоз, отсутствие витамина – авитаминоз, и избыток витамина – гипервитаминоз.
Вода в природе, в быту и на производстве
Вода – наиболее распространённое на Земле вещество, она покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни.
В 1860-х годах итальянский химик Станислав Канниццаро, исследуя органические соединения, содержащие группы –ОН, названные им гидроксильными, окончательно установил, что вода имеет форму Н2О.
Молекула воды представляет собой диполь, т.е. имеет положительно и отрицательно заряженные участки. Вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, обладающую целым рядом аномальным физических свойств. Например, она имеет аномально высокие температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Редкой особенностью воды является то, что ее плотность в жидком состоянии при 4 0С больше плотности льда. Поэтому лед плавает на поверхности воды.
Химические свойства воды:
1. Кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизации:
2 Н2О(ж.)= Н3О+ + ОН-
2. Окислительно-восстановительные реакции. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова.
Например, реакция является взаимодействие между магнием и водяным паром:
Mg(тв)+ Н2О (г.)= MgO(тв) +H2(г.)
Вода действует как окислитель в процессах коррозии.
2Na + 2 Н2О= 2NaOH + H2
В реакции между натрием и водой , вода играет роль восстановителя
3. Гидратация. Молекулы воды способны сольватировать как катионы, так и анионы. Это процесс называется гидратацией. Гидратная вода в кристаллах солей называется кристаллизационной водой.
4. Гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой.
5. Взаимодействие с оксидами активных металлов: CaO + H2O=Ca(OH)2
6. Взаимодействие с оксидами неметаллов: P2O5+H2O=2HPO3 необходимый для Вода широко используется в качестве растворителя в химической технологий, а также в лабораторной практике. Она представляет собой универсальный растворитель, необходимый для протекания биохимических реакций.
Жесткость воды подразделяется на временную (карбонатную, обусловленную присутствием гидрокарбонатного кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg (HCO3)) и постоянную (некарбонатную) жесткость. По величине общей жесткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жесткости (2-10 мг – экв/л) и жесткую (более 10 мг-экв/л).
Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов. Необходимыми компонентами раствора являются растворитель и растворенное вещество, например, растворенный в воде сахар. Растворенными веществами при одинаковых агрегатных состояниях компонентов обычно считаются компоненты, находящиеся в недостатке, в то время как компонент, находящийся в избытке, считается растворителем.
Водные ресурсы – это все воды гидросферы: т.е. воды рек, озер, каналов, водохранилищ морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы. Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн км3, из них около 1340 млн км3 – воды Мирового океана. Менее 3% составляют пресные воды, из них технически доступны для использования – всего 0,3 %.
Характеристики воды:
· Прозрачность;
· Наличие растворенных неорганических веществ, например, нитратов, хлоридов, железа;
· Температура;
· Наличие растворенных органических веществ, например, фенолов;
· Вкус;
· Наличие микроорганизмов, например, бактерий;
· Запах;
· Наличие флоры и фауны;
· рН
· электропроводность;
· жесткость;
Загрязнение воды - это понижение ее качества в результате попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или биологических веществ.
Источники загрязнения воды.
1. Населенные пункты.
2. Промышленность.
3. Тепловое загрязнение
4. Сельское хозяйство
Очистка и подготовка воды.
Физические процессы водоочистки и водоподготовки:
1. Решечение. Первая стадия водоочистки заключается в удалении из воды больших плавающих предметов и взвешенного мусора.
2. Аэрирование – насыщение газами. Этот процесс приводит к удалению из воды диоксида углерода, сероводорода и летучих масел, которые могут придавать воде какой-либо вкус или запах.
3. Флоккуляция. Этот процесс включает осторожное взбалтывание воды, приводящее к конгломерациям мелких частиц с образованием более крупных, быстро оседающих на дно.
4. Седиментация. В этом процессе происходит удаление из воды мелкого взвешенного материла в результате ее пропускания через слой песка, который находится на подложке из гравия.
Химическая подготовка воды:
Производится по-разному, в зависимости от качества воды, забираемой из реки или другого резервуара.
1. Дезинфекция. Для разрушения микроорганизмов, содержащихся в воде, ее дезинфицируют, как правило ,как правило , хлором. Хлорирование обычно является последней стадией водоподготовки.
2. Умягчение воды. Жестокость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимально в конце зимы, минимальна – в период паводка.
Воздух. Атмосфера и климат
Атмосфера - смесь различных газов, окружающих Землю. Основные параметры атмосферы: плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются.
Главнейшие газы входят в состав чистого атмосферного воздуха в следующих соотношениях (% по объему): азот- 78,03; кислород – 20,95; озон и другие инертные газы (аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон) – 0,94; углекислый газ- 0,03; водяной пар- 0,05.
Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объёму): в сельской местности-0,03, в горах-0,04-0,07.
Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.
Плотность воздуха называется отношение массы воздуха к его объему и выражается в кг/м3.
Температура воздуха показывает степень его нагрева. Температуру выражают в градусах различных температурных шкал. В Международной практической температурной шкале различают температуру Кельвина ( Т) и температура Цельсия ( t ), которые связаны соотношением t( 0C)= T(K) – 273,15 K.
Давление- сила, действующая на единицу поверхности в направлении, перпендикулярном этой поверхности. В СИ за единицу давления принят Паскаль(Па).
Функции атмосферы:
· Содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов;
· Является источником углекислого газа для фотосинтеза растений;
· Защищает живые организмы от космических излучений;
· Сохраняет тепло Земли и регулирует климат;
· Трансформирует газообразные продукты обмена веществ;
· Переносит водяные пары по планете;
· Является средой обитания летающих форм организмов;
· Служит источником химического сырья и энергии;
· Принимает и трансформирует газообразные и пылевидные отходы.
Атмосфера состоит из четырех основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы. Переходные области атмосферы между соседними облачками называют соответственно тропопауза, стратопауза и.т.п
Первый слой- тропосфера- является самым тонким , заканчиваясь на высоте около 12 км над землей. Но даже этот полоток непреодолим для самолетов, которые летают, как правило, на высоте 9-11км. По мере удаления от земной поверхности температура воздуха падает до – 55 0С в верхней части тропосферы.
Далее идет стратосфера, которая простирается до высоты около 50 км над поверхностью. В верхней части стратосферы находится озоновый слой, который задерживает значительную часть губительного ультрафиолетового излучения.
Над стратосферой ( 50-70км) находится мезосфера. В пределах мезосферы, при температуре около -225 0 С, имеется мезопауза- самая холодная область атмосферы.
Последний основной слой, атмосферы, отделяющий Землю от космоса, называется термосферой. Он находится на высоте примерно 100км от земной поверхности и состоит из ионосферы и магнитосферы.
Термосфера имеет наименьшую плотность среди всех слоев, атмосфера постепенно исчезает и сливается с космическим пространством. Часть атмосферы , наполненная жизнью, называется биосферой. Она простирается от высоты птичьего полета до поверхности и в глубь земли и океана.
Загрязнение атмосферы и его источники
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветений растений, дым от лесных и степных пожаров и др.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.
Комментарии
Отправить комментарий