Металлы в жизни человека

Муниципальное общеобразовательные учреждение средняя общеобразовательная школа №3 с углубленным изучением английского языка

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ

ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ «Химия»

ТЕМА «Металлы в жизни человек»

Выполнен

Обучающийся 10А класса

МОУ школа №3 г.о. Жуковский

Раковой Василисой Владимировной

Руководитель проекта

Коровина Елена Серафимовна

г.о. Жуковский

2022

Содержание

Введение…………………………………………………………………………… 3

Глава 1. Теоретическая часть

1. Металлы в науке………………………………………………………………. 4

2. Металлы в организме человека………………………………………………. 5

3. Металлы–биогены…………………………………………………………….. 5

4. Функции металлов-биогенов в организме человека…………………………7

Глава 2.Источники поступления металлов в организм человека…………….. 10

Заключение…………………………………………………………………………11

Практическая часть

Приложение 1………………………………………………………………………12

Приложение 2………………………………………………………………………13

Список источников………………………………………………………………...14

Введение

Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Практически вся жизнь человека связана с металлами. Металлы находятся в составе многих окружающих нас предметов, техники, транспорта. А металлы в свободном состоянии могут образовывать соли и даже входить в состав человеческого организма. Да что там могут — они необходимы человеческому организму для нормального функционирования и развития. В нашей повседневной практике мы ежеминутно встречаемся с металлами.

Еще в Средневековье алхимики утверждали, что поведение и характер человека зависят от того, какое количество металлов содержится в организме. Если в нем преобладает много свинца, то человек угрюмый и предпочитает темные тона в одежде. Если много железа, то он агрессивный и раздражается от красного цвета. А вот если в организме много меди, то человек дружелюбный и мягкий. Доля правды в этом конечно есть: в организме живых существ металлы оказывают влияние на все процессы жизнедеятельности.

Что уж говорить о важности металлургии. Нас просто окружают металлические изделия, которые делают нашу жизнь проще и комфортнее. Металлы широко используются практически во всех сферах промышленности.

Актуальность выбранной темы: среди самых актуальных категорий в системе ценностей общества лидирующую позицию в настоящее время занимает вопрос сохранения и укрепления здоровья человека. Организм человека – это сложная биохимическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без взаимосвязи с окружающей средой. От того, какая это будет окружающая среда, что будет из неё попадать в организм с воздухом, водой и пищей, во многом будет зависеть здоровье человека.

Цель проекта: определить значение металлов в нашей жизни;

выяснить влияние металлов на организм человека.

Задачи проекта:

1. Изучить значение металлов для человека.

2. Раскрыть биологическую роль металлов.

3. Рассмотреть влияние недостатка и избытка металлов на здоровье человека.

4. Перечислить источники поступления металлов в организм человека.

5. Провести анализ практических результатов исследования.

Объект исследования: металлы как химические элементы.

Предмет: биологическая роль металлов.

Вид проекта: информационный.

Методы исследования: анализ, обобщение, систематизация.

Продукт проекта: кроссворд.

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1. Металлы в науке

Конструкционные материалы

Металлы и их сплавы — одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Электротехнические материалы

Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Инструментальные материалы

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части).

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний. Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми. В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия. Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

   Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Сплавы алюминия незаменимы в самолётостроении, вагоностроении и кораблестроении. В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые. В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

1.2. Металлы в организме человека.

В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических ре­акций. Можно сказать, что каждая живая клетка представ­ляет собой микроскопическую химическую лабораторию.

Совокупность всех химических изменений и всех ви­дов превращений веществ и энергии в организме называ­ется обменом веществ, или метаболизмом. Обмен веществ обеспечивает развитие, жизнедеятельность и самовоспро­изведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

В обмене веществ участвуют и неорганические, и орга­нические вещества. Химические элементы, которые об­разуют эти вещества, называются биогенными элемента­ми.

Часто говорят, что в организме человека содержится вся таблица химических элементов Д.И. Менделеева. И это не далеко от истины: в организме человека обнаружено более 80 химических элементов.

1.3. Металлы–биогены.

В живом организме не только присутствуют металлы, но и каждый из них выполняет какую–то биологическую функцию. На данном этапе развития цивилизации выявляется биологическая роль всё большего числа биогенных металлов. Изучает химический состав и структуру металлов–биогенов, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме, наука биохимия.

Металлы–биогены или биогенные металлы – это металлы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение.

О том, что в организме содержатся металлы, науке было известно давно. Но их исключительное значение для живой природы открылось не сразу. Сегодня твёрдо установлено, что для живых существ необходимы, по крайней мере, 10 металлов. Это железо, медь, магний, кобальт, цинк, марганец, молибден, натрий, калий и кальций. Их называют металлами жизни. Эти элементы входят в состав всех живых организмов и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Содержание большинства из них в организме ничтожно. Но отсутствие хотя бы малого количества любого такого микроэлемента приводит к недугам.

Если бы мы, подобно средневековым алхимикам, захотели создать искусственным путём человека, то для этого надо было бы применить от 30 до 40 разных химических элементов, около 25 которых – это металлы. Роль металлов в организме человека очень и очень высока. Каждый металл своеобразен и каждый выполняет свою функцию. Металлы в организме человека самые различные – кальций, калий, натрий, магний, железо.

Основным источником поступления металлов в организм человека являются пищевые продукты.

Таблица 1 - Содержание «металлов жизни» в организме человека

Металл	Массовая доля (в %)	Масса (в г/70 кг)
Са	1,5	1050
К	0,35	245
Na	0,15	105
Mg	0,05	35
Fe	0,006	4,2
Zn	0,0027	1,9
Сu	2∙10-4	0,14
Mn	3∙10-5	0,02
Mo	2∙10-5	0,015
Co	4∙10-6	0,003
Всего	2,1 %	1450 г

1.4.Функции металлов-биогенов в организме человека.

Все элементы выполняют свою роль в организме человека, поэтому избыток или их дефицит приводят к неприятным последствиям.

Железо.

Главная функция железа – это перенос кислорода и участие в ОВР. Также, железо принимает участие в ферментативных реакциях и иммунных функциях. Дефицит железа приводит к анемии, то есть уменьшение количества эритроцитов в крови человека. Поэтому, чтобы поддерживать уровень железа на определенном уровне необходимо употреблять железосодержащие препараты или пищевые. Избыток железа приводит к гемохроматозу, то есть накопление железа в органах; а также избыток железа может вызвать аллергические реакциии угнетает иммунную систему организма.

Марганец.

Марганец является важным составляющим множества ферментов, которые выполняют следующие функции: синтез и обмен нейромедиаторов в нервной системе, синтез гормона щитовидной железы тироксина, обеспечение нормального развития скелетной системы. Марганец имеет несколько степеней окисления и, стало быть, может участвовать в окислительно-восстановительных процессах. Избыток марганца в организме сказывается на нервной системе: появляется сонливость, сильная утомляемость, ухудшение памяти. Также, в больших количествах марганец является ядом, который поражает сердечно-сосудистую систему, легкие и вызывает сильные аллергии. Дефицит марганца вызывает мышечную дисфункцию, припадки эпилепсии, нервные расстройства, нарушение репродуктивной функции

Медь.

Медь имеет большое значение для организма, так как медь участвует во многих процессах в организме (обмен веществ), входит в состав ферментов, участвует в поддержании нормальной структуры костей, хрящей, сухожилий и эластичности кровяных сосудов. Также медь способствует усвоению железа в организме и обладает сильным противовоспалительным свойством, и повышает устойчивость к инфекциям. При дефиците меди резко снижается ферментативная функция и идет замедление белкового обмена. Избыток меди приводит к мышечным болям, приводит к почечной недостаточности, неврологическим нарушениям.

Цинк.

Цинк участвует в обменных процессах, в синтез коллагена, в процессах деления клеток, в формировании Т-клеточного иммунитета, в синтезе белков, в выработке инсулина и в процессах регенерации кожных покровов. Недостаток цинка в организме приводит к нервным расстройствам, снижению инсулина и уровня зрения, накопление некоторых элементах в очень больших количествах (свинец, железо, кадмий, медь), анемии и аллергическим заболеваниям. Избыток цинка в организме приводит к разрушению костной ткани, некрозу печени, повышенному сахару в крови и сильному отравлению.

Серебро.

Функции серебра в организме человека недостаточно изучены. Известно, что серебро может образовывать соединения с белками, нарушать тканевое дыхание, может блокировать ферменты, связанные с тиоловым группами. 29 При избыточном накоплении серебра в организме человека развивается такое заболевание, как аргирия. Аргирия - это заболевание, которое характеризуется необратимой пигментацией кожи, которая принимает серебристый или серый оттенок. При недостатке серебра может развиваться такое явление, как "серебряный человек" (Приложение 1). Это такое состояние человека, при котором ослабевает иммунная система, и появляются различные недуги (например, головная боль). Но если восполнить количество серебра в организме, то состояние человека улучшится.

Золото.

По исследованиям ученых известно, что золото содержится в малых количествах в крови. Но даже в таких количествах этот металл считается физиологически активным. При избытке золота в организме наблюдается рост аллергических клеток в крови, нарушение функции почек и печени. Дефицит золота в организме человека изучен недостаточно, чтобы понять, к чему что может привести. Считается, что недостаток золота в организме приводит к ускорению процесса старения.

Натрий.

Натрий относится к макроэлементам. Основным источником поступления натрия в организм является NaCl (поваренная соль). Натрий — один из основных элементов, участвующих в минеральном обмене человека. Натрий является главным внеклеточным ионом. Он играет в организме человека важную биологическую роль. Так, ионы натрия принимают участие в поддерживании постоянного осмотического давления в клетках и кислотноосновного равновесия (рН) в организме. Также натрий участвует в регуляции кровяного давления, водного обмена, активизации пищеварительных ферментов, регуляции нервной и мышечной ткани. Натрий участвует в образовании желудочного сока, регулирует выделение почками многих продуктов обмена веществ. Ионы натрия участвуют в поддержании нормальной деятельности сердечной мышцы, нервно-мышечной возбудимости.

В медицинской практике широкое применение находят сле­дующие препараты.

Изотонический раствор NaCl (0,9 %, 0,15 М) используют для растворения или разбавления инъекционных препаратов, а также как самый простой кровезаменитель при больших поте­рях воды организмом или при отравлениях.

Гипертонический раствор NaCl— раствор, имеющий бо́льшую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточной. При погружении клетки в гипертонический раствор происходит её дегидратация — внутриклеточная вода выходит наружу, что приводит к высыханию и сморщиванию клетки.

Ртуть.

Роль ртути в организме человека сводится к тому, что ртуть может взаимодействовать с белками, при этом в соединениях с белками регулирует процессы окисления, повышает уровень сопротивляемости с внешними факторами. Повышенные концентрации ртути вызывают хроническое отравление, и приводит к синдрому меркуриализма, при котором идет нарушение работы всей нервной системы и ЖКТ.

Титан.

Полностью биологическая роль титана не раскрыта, но известно достаточно много. Титан участвует в образовании эритроцитов костном мозге, синтезе гемоглобина, регулирует уровень холестерина и мочевины в крови. Титан выполняет роль антиоксиданта, который защищает клетки и мелкие капилляры от повреждений.

Ванадий.

Биологическая роль ванадия до конца не исследована. Ванадий участвует в ОВР. Этот химический элемент способствует поглощению кислорода тканями печени, ускорению окисления фосфолипидов и влияет на уровень сахара в крови. При дефиците ванадия есть риск развития атеросклероза и сахарного диабета. При избытке ванадия происходят воспалительные процессы, повышается риск развитие опухолей, анемии и системные аллергические реакции.

Хром.

Хром участвует в обмене липидов, белков, углеводов. Шестивалентный хром является токсичным металлом, который способен вызывать онкологические заболевания, в том числе и рак легких, дерматиты и другие заболевания, связанные с кожей и легкими.

Никель.

Никель необходим для нормального развития живых организмов, но о его значении известно немного. Никель принимает участие в ферментативных реакциях, участвует в формировании ДНК и РНК, а также способствует регуляции гормонов в организме. Дефицит никеля характеризуется тем, что идет ограничение роста, кожа становится менее пигментирована, возникают заболевания печени, снижается общая двигательная активность. Избыток никеля формируется под влиянием промышленных условий, при этом наблюдаются кровотечения, экзема и аллергические реакции на никель. Никель и его соединения имеют разрушительное воздействие на хромосомы, клетки, замедляет ферментативные процессы и деятельность гормонов, а также снижается иммунитет.

Глава 2.

Источники поступления металлов в организм человека

Соединения металлов должны поступать в организм в составе натуральных продуктов. Приведём пример продуктов, в составе которых присутствуют основные «металлы жизни» в наибольшем количестве (таблица 2).

Таблица 2 - Источники поступления металлов в организм человека

Название металла	Источники металлов
Натрий	Поваренная соль, петрушка, перловка, рис, пшено, овсянка, картофель, сельдерей, морковь, свёкла, цикорий, горох, фасоль стручковая, морская капуста, раки, крабы, свинина, говядина, яйцо куриное, молоко коровье, креветки, камбала, говяжий мозг
Калий	Чай, соя, какао, отруби пшеничные, бобовые культуры, орехи, сухофрукты, семена, зелень чеснока и черемши, листовые овощи, злаки, грибы, бурый рис, бананы, капуста брюссельская, гранат, ревень, тыквенное и кунжутное масло, морская капуста, манго, виноградный и яблочный сок, цельное молоко, сыр, морская рыба
Магний	Пшеничные отруби, тыквенные семечки, кунжутное семя, миндаль, кедровые орехи, арахис, грецкие орехи, шпинат, фасоль, финики сушёные, семена подсолнечника
Цинк	Говядина, баранина, индейка, свинина, креветки, окунь, килька, минтай, щука, молоко сгущенное, сыр голландский, пармезан, чеддер, творог, яйцо куриное, молоко коровье, козье, горох, крупа овсяная, рис, пшено, соя, фасоль, макароны, мука пшеничная, абрикос, имбирь, банан, базилик, чеснок, петрушка, тыква
Медь	Печень, арахис, фундук, креветки, горох, чечевица, фасоль, гречневая крупа, овсяная крупа, рис, пшеничные изделия, грецкие орехи, фисташки, осьминоги
Железо	Печень свиная, бобы, грибы, пивные дрожи, какао, тыквенные семечки, говядина, зелень, пшеничные зародыши, чечевица, семена подсолнечника, шпинат, топинамбур, ржаной хлеб, морская рыба, сало
Кальций	Сметана, сыр, йогурт, консервированный лосось и сардины, фасоль, чечевица, миндаль, сывороточный протеин, шпинат, капуста, петрушка, укроп, ревень, мука, кукурузная мука, амарант, апельсиновый сок, коровье молоко, инжир.

Заключение.

Металлы важны для живого организма. Каждый из них выполняет какую–либо функцию. Один необходим для построения скелетов, другой имеет огромное значение в кровеносной системе. И каждый из металлов по–своему важен, так как они в организме взаимосвязаны, не будь какого–либо из них – цепочка внутреннего механизма развалится.

Организму небезразлично количественное содержание макроэлементов и микроэлементов, т. к. в зависимости от концентрации вещество может быть и полезным, и вредным, может заслуживать и похвального слова, и справедливого обвинения.

Практическая часть Приложение 1.

Социологический опрос.

Я считаю, что на сегодняшний момент мало кто из людей знает о металлах в своём организме, некоторые даже не догадываются о том, какую огромную роль они выполняют, поэтому я решила провести социологический опрос, что бы узнать, какое количество людей знают о значении металлов для их организма.

По результатам социологического опроса, мной было выявлено, что наиболее распространёнными металлами являются алюминий и железо. Большая же часть металлов не была упомянута. На мой взгляд, каждый человек должен знать о металлах в своём организме. Я считаю, что изучение металлов позволит найти принципиально новые подходы к лечению ранее неизлечимых болезней, развитию медицины, машиностроения и других сфер человеческой жизни.

Приложение 2.

Кроссворд.

Также, для более лучшего понимания изученной темы, я решила создать кроссворд, где затронуты интересные факты о металлах.

1. Самый дорогой металл. (родий)

2. Из-за содержания какого металла лепестки розы становятся голубыми? (медь)

3. На каком континенте найдено более 50% золота? (Африка)

4. Самый легкий металл в мире? (Литий)

5. Самый тугоплавкий металл в мире. (вольфрам)

			5.
		1.
2.
						4.
			3.

Список источников.

1. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. — СПб.: Химиздат, 2005. — 784 с.

2. Химия и жизнь — ХХI век: научно-популярный журнал. http://www.hij.ru

3. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «БИОГЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ РОЛЬ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И РАСТЕНИЙ»

4. Т.Н. Литвинова Н.К. Выскубова Л.В. Ненашева «БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.»

5. Металлы в организме человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kopilkaurokov.ru/himiya/uroki/mietally_v_orghanizmie_chielovieka_konspiekt_uroka (дата обращения: 10.01.2020).

6. Металлы в природе, их биологическая роль [Электронный ресурс]. – Режим доступа: zodorov.ru›metalli-v…ih-biologicheskaya-role.html (дата обращения: 12.01.2020).

7. Польза металла для организма человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vashaibolit.ru/6319-polza-metalla-dlya-organizma-cheloveka.html (дата обращения: 1.02.2020).

3