"Органогенні елементи”

Вуглець – найважливіший елемент, що становить основу життя на Землі. Разом з КИСНЕМ, ВОДНЕМ, а також АЗОТОМ. Будує специфічні сполуки живого світу, зумовлює будову високомолекулярних речовин і вуглеводів, ліпідів, білків, нуклеїнових кислот тощо. З неорганічної природи вуглець находить до організмів - автотрофів, які в процесі фотосинтезу, використовуючи вуглець та інші неорганічні речовини, створюють необхідні для життя і рості органічні сполуки. Гетеротрофи засвоюють ці речовини безпосередньо споживаючи їх. У процесі аеробного обміну та дихання органічні речовини мінералізуються, і вуглець, головним чином у вигляді сої, знову повертається до зовнішнього середовища.

Вуглець (Carboneum) – хімічний елемент IV група періодичної системи Менделєєва. Вуглець у вигляді деревного вугілля і використовувалась для відновної виплавки металів. Здавна відомі алмаз і графіт.

А. Лавуазьє  в 1772 році, повторивши досліди флорентійських учених (1964) про нагрівання алмазу на сонячних променях, сфокусованих лінз, доказав, що  він згорає на повітрі. Хімічний склад алмаза остаточно був досліджений в результаті праць С. Теппета (1797), який показав, що однакова кількість алмаза і вугляр дають при окислені рівні кількості вуглекислого газу. Графіт на протязі довгого часу ототожнювався з подібними по зовнішньому виду мінералами і був класифікований в 1565 році, С. Гесенером, як самостійний мінерал. К. Шееле (1779) вивчаючи окислення графіту селітрою, прийшов до висновку, що він являється різновидністю мінерального вугляр. Таким чином було доказано одну хімічну природу вугляр, графіту і алмазу.

Вуглецю вперше розглядався А. Лавуазьє. Латинська назва "Carboneum” походить від "Carbo” – вугіль. Загальний склад вуглецю в земній корі: 0,10 вес. %. Основна його маса знаходиться в земній корі у зв‘язаному вигляді. Важливими із мінералів вуглецю являються природні карбонати, кількість у яких оцінюється в 9,6´10¹⁵т. Відомі природні суміші -  сульфати-карбонати і тар трати. Вуглець входить також в склад деяких природних силікатів. Всі горючі мінерали (нафта, торф, горючі сланці, гази, буре вугілля) по хімічній природі являються сумішами вуглецю. Їх відомі запаси складають біля 10¹³т. В атмосфері, в основному, сконцентровано у вигляді вуглекислого газу 6´10¹¹ тон вуглецю  (0,012 вес. % вуглецю або 0,03 об‘ємн. % вуглекислого газу­­). Кількість вуглецю в гідросфері, в основному, у виді розчиненого вуглекислого газу, знаходиться в однаковій кількості з атмосферою, складає 10¹⁴т (2,8´10^-3 вес. %). В живих організмах, що мають в своєму складі в середньому 18 вес. % вуглецю, всього є біля 10¹² т В.

Кругообіг в природі, розділення і накопичення його в земній корі в значній мірі пов‘язано з життєдіяльністю рослинних організмів, утворених при фотосинтезі вуглекислий газ з атмосфери. В результаті гниття, горіння і дихання частина вуглецю повертається в атмосферу, а частина відкладається у вигляді органічних чи карбонових залишків. В. поступає в атмосферу також при діяльності вулканів, із підземних газових струй, із вод гідросфери і в результаті промислової діяльності людини.

В. поширений і поза межами Землі. В пороховидному виді, а також у вигляді сполучення з азотом і воднем. Вуглець знаходиться в атмосфері сонця і других зірок.

Вважається, що вуглець приймає участь у "вугле - азотному циклі” – в термоядерних реакціях, які являються джерелом зіркової енергії. Вуглекислий газ являється основним компонентом атмосфери планети Венери, метан знаходиться в атмосфері юпітера. Графіт, рідкі алмази зустрічаються в кам‘яних і залізних метеоритах, середній склад вуглецю в яких становить 0,15вес. %.велике значення мають сполуки вуглецю CCl₄ володіє наркотичною дією, викликає важкі ураження печінки і нирок CCl₄ – чотирихлористий вуглець – безбарвна негорюча рідина з солодкавим запахом. Допустима концентрація парів CCl₄  в повітрі 0,02 мг/л.

СО₂ в природі знаходиться у вигляді додатку до атмосферу повітря – в кількості 0,03 об. % або 2,3´10¹⁴т., в літосфері в формі карбонатів (кальцій долоній, мармур) – 5,5´10¹⁶т. СО₂ утрворюється при розкладанні органічних речовин, що містять вуглець в процесах бродіння, при спалюванні топлив, являється продуктами обміну речовин в організмі і відіграє особливу роль в процесі фотосинтезу. При вмісту СО₂ в повітрі в кількості більше 4% впливає подразнення дихальних шляхів, шум в вухах, головокружіння, головна біль.

КИСЕНЬ (Oxidenium), O – хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відкрили кисень в 1771 швед. Хімік К.В. Шеєль і незалежно від нього 1774 – англійський вчений Дж. Прістлі. Французький хімік А.А. Лавуазьє дав елементу назву і до 1777 році створив кисневу теорію дихання, горіння і окислення. Кисень, найпоширеніший на земнлі елемент вміст його становить 47% за маою, у повітрі (тропосфері) К. – 20,93%, за об‘ємом або 23 % за масою. До складу води входить 88,8% кисню, в морській воді – 85,7%. Кисень доре розчинний в органічних розчинниках, поглинається тонкими порошками металів, вугілля. Утворює сполуки з усіма елементами, крім гелію, аргону і неону. На основі типів і властивостей кисневих сполук побудована класифікація неорганічних сполук. З металами й не металами кисень утворює оксиди сполук, з металами, крім літію, і лужними – пероксиди. Взаємодія речовин з киснем значно прискорюється при нагрівальній дії електричних розрядів, під тиском, при наявності каталізаторів, особливо води.

В суміші з горючими газами й парою, з тонкими порошками багатьох металів й органічних речовин. Кисень – газ утворює вибухові суміші. В лабораторних умовах кисень отримують термічним розкладанням деяких пероксидів, солей, деяких кисневих кислот (напр. KMnO₄, KClO₃). У промисловості – фракціонованою перегонкою рідкого повітря і електролізом води. Кисень застосовують у енергетиці, металургії, клінічній та іншій галузі промисловості для отримання високих температур, для автогенного зварювання й різання, у ракетах, двигунах тощо. Кисень в організмі в цілому становить 30-85% маса тваринних і рослинних тканин. Він входить до складу білків, нуклеїнових кислот, жирів, вуглеводів тощо. Вільний кисень відіграє велику роль в біохімічному і фізіологічному процесах, зокрема в диханні. При недостаньому постачанні організму тварин і людини киснем розвивається гіпоксія. Кисень використовують ще при променевій терапії.

Зниження пареріального тиску кисню використовують при захисті організму від іонізуючого випромінювання.

За участю кисень у аеробів відбувається окислення біологічне. Зелені рослини і деякі бактерії є джерелом вільного кисню на Землі.

АЗОТ (Nitrogenium, N) – хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва, атом.

Поширення в природі. Загальний вміст азоту в земній корі становить коло 0,016 ваги %. Основна його маса знаходиться в повітрі, в вільному молекулярному вигляді – N₂. сухе повітря вміщає в середньому 78,09% по об‘єму (або 75,6% за вагою) вільного азоту. У відносно малих кількостях вільний азот знаходиться в розчиненому стані в водах океанів. В вигляді сполучень з іншими елементами (зв‘язаний А.) входить в склад всіх рослинних і тваринних організмів.

Розчинність азоту в крові  менша: вона становить при температурі 38⁰ 0,0110мл А. При малих парціальних тисках А. його розчинність в крові трохи більша, ніж у воді. В звичайних умовах А. фізіологічно інертний, але при вдосі повітря, стиснутого до 2 –2 ½ атм., наступає стан, що називається азотним наркозом, подібний до алкогольного сп‘яніння. Ці випадки можуть бути за умови водолазних робіт на глибині декількох десятків метрів. Для попередження виникнення даного стану деколи користуються штучними газовими сумішами, в яких азот замінений гелієм або якимось іншим інертним газом. При різкому і значному зниженню парціального тиску азоту, розчинність його в крові і тканинах настільки зменшується, що частина його виділяється у вигляді бульбашок, що являється одною з причин виникнення кесонової хвороби, що спостерігається у водолазів при швидкому їх піднятті на поверхню і у пілотів при великих швидкостях злітання літака в верхні слої атмосфери.

В суміші з киснем  азот використовується як слабкий наркотик, що викликає стан оп‘яніння, ейфорії, притуплення больової чутливості. Використовується для інгаляційного наркозу.

Круговорот азоту.  Азот являється важливим біогенним елементом, необхідним для побудови білків, і нуклеїнових кислот. Однак, азот атмосфери не доступний для тварин і більшої частини рослин.

Закись азоту. Великі її кількості викликають шум у вухах, асфікцію, втрату свідомості. Смерть наступає від паралічу дихальних шляхів.

Оксид азоту. Діє на Ц.Н.С.,  впливає на гемоглобін (перетворює оксигемоглобін в метгемоглобін).

При легкому отруєнню оксидом азоту спостерігається загальна слабкість, сонливість, головокружіння.

При біль тяжкому отруєнні початкові симптоми посилюються, до них приєднюється тошнота, деколи рвота, наступає напівобморочний стан. При отруєннях середньої тяжкості різка слабкість і головокружіння продовжуються багнато годин нерідко спостерігається синюшність слизових оболонок, і шкіри, прискорення пульсу. При важких отруєннях початкові признаки нерідко зникають , але після 1-3-денної ремісії появляється слабкість і головокружіння, спостерігається пониження кров‘яного тиску, сіро-синій відтінок слизових оболоноки шкіри, збільшення і хворобливість печінки, кордони серця розширені, тони глухі, пульс заповільнений. Виникають поліневрити. Кров шоколадно-бурого кольору, підвищення в‘язкості. Наслідки тяжкого отруєння може тривати більше року, порушення асоціативних здатностей, послаблення пам‘яті і м‘язових сил, загальна слабкість, головна біль, головокружіння, швидка втома.

Диоксид азоту. Гостре отруєння починається –з легкого кашлю, в більш тяжких випадках – з сильного кашлю, відчуття стиску в грудях, головної болі, деколи рвоти, салівації. Період відносного задовільного стану триває 2-8 год. Потім появляються признаки наростаючого окату легенів, багато вологих хрипів, прискорене серцебиття, деколи озноб, підвищення температури. Часто виникають порушення шлунково-кишкового тракту, тошнота, рвота, пронос сильні болі в верхній частині живота.

Кров‘яний тиск в нормі, , в крові – збільшення еритроцитів і гемоглобіну, лейкоцитоз, уповільнена РОЕ.

При хронічних отруєннях – хронічні запальні процеси верхніх дихальних шляхів, хронічні бронхіти, емфізема, пониження кров‘яного тиску, зеленуватий налет на зубах, руйнування коронок різців.

Перша допомога при отруєннях сполуками азоту – перенести постраждалого на свіже повітря, забезпечити повний спокій, вдихання кисню. По  назначенню – засоби для серця, при зупинці дихання – лобелін. Потім обов‘язкове транспортування постраждалого в лежачому стані в стаціонар. При признаках починаючого окату ленів – внутрішньовенно 10-20мл 10% розчину хлориду кальцію, 20 мл 40%розчину глюкози з аскорбіновою кислотою (500мг), киснева терапія.

Лікування отоку, що розвився залежить від типу гіпоксемії. При "синьому типі” – переривчасте введення кисню (карбоген протипоказаний), кровопускання (200-300мл), при необхідності – повторення його через 6-8 годин; рекомендуються засоби, що понижують кров‘яний тиск, засоби від серця. При "сірому” типі аноксемії – стимуляція дихального і вазомоторного центру шляхом переривчатого вдихання карбогену, кофеїн, ефедрин, внутрішньовенно 50-100 мл 40% розчину глюкози. Кровопускання протипоказано. В цілях профілактики і лікування пневмонії   - раннє назначення сульфіналамідів і антибіотиків.

ВОДЕНЬ (Hydrogenium, H) – хімічний елемент VII групи періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва.

В. Використовується в великих кількостях для синтезу аміаку, для отримання маргарини та рослинних масел, рідкого палива з кам‘яного вугілля, для наповнення повітряних апаратів, для автогенної зварки і отримання дуже низьких температур. Важкі ізотопи водню використовуються при вивченні механізму хіміч., біохім, фізіолог. процесів, а також в атомній енергетиці.

Чистий водень – безколірний, без запаху і смаку газ, що складається з двух молекул – Н₂. це самий легкий із усіх відомих газів.

В земній корі міститься коло 1% по вазі, або 17,25 атомних проценти водню. Відносний вміст в атмосфері збільшується з висотою на рівні моря він становить0,00005% по об‘єму, верхні ж слої (вище 100 км)складаються в основному з нього. Вільний водень міститься в горючих газах, що виділяються із землі. Він виникає при гнитті і бродінні органічних речовин і тому міститися в кишкових газах людини і тварин. Основна маса водню знаходиться в зв‘язаному стані у вигляді різноманітних сполук. Найбільш поширеними з них являється вода, в склад якої входить 11,19% водню. Відома велика кількість сполук водню з вуглецем (вуглеводні). Водень входить в склад нафти, кам‘яного вугілля, деяких мінералів.

В лабораторіях водень отримують дією кислот на метали, наприклад сірчаної кислоти на цинк:

H₂SO₄+Zn=H₂+ZnO₄.

В техніці водень отримують:

1) з природного газу, що складається в основному з метану, який змішують з водяною парою і киснем і нагрівають до температури 800-900⁰ в присутності каталізатора:

2СН₄+О₂+2Н₂О=2СО₂+6Н₂;

2) при електролізі розчинів хлориду натрію та хлориду калію як побічний продуктів виробництві лугів, гіпохлоридів і хлоратів.

При існуючих умовах водень з‘єднується з більшістю елементів головних пігруп періодичної системи елементів. З киснем утворює воду (Н₂О) і перекись водню (Н₂О₂). При згоранні водень на повітрі чи в кисні утворюється вода і виділяється тепло:

2Н₂+О₂=2Н₂О+115,74кал.

Загорання водню відбувається при температурі коло 580. суміш водню і кисню в об‘ємному відношенні 2:1 (гримучий газ) вибухонебезпечна.

Знаходження і кількісне визначення газоподібного водню в суміші з іншими газами відбувається охолодженням газової суміші рідким повітрям; при цьому всі інші гази, крім гелію і неону, повністю конденсуються. Визначення хімічно пов‘язане воднем відбувається шляхом окислення його в воду.