Реферат: Бiоелемент кальцiй

Зміст

Частина перша.

Загальна характеристика кальцію, розповсюдження напланеті,

Частина друга

Розташування в періодичній системі Д.І.Менделєєва,будова атома, можливі валентності в сполуках, здатність докомплексоутворювання, найважливіші комплексні сполуки з біолігандами.

Частина третя

Роль елементу в житті рослин, потреба різних рослин вкальції, проблеми, що виникають при його надлишку та нестачі.

Частина четверта

Форми та види кальцієвих добрив, природні тапромислові.

Частина п’ята

Аналітичні методи якісного та кількісного визначеннякальцію в грунті, рослинах та сільськогосподарській продукції.

Список використаної літератури

Частинаперша

Кальцій один з найважливіших біометалів,найпоширеніший серед них у природі — його вміст в земній корі становить близько3,5%. Він міститься в різних мінералах і гірських породах (доломіти, мергелі,леси, апатити тощо), є в багатьох природних водах. Приймає участь в процесігрунтоутворення, покращує структуру грунту, впливає на реакцію середовища ірухомість інших біоелементів. Досить активний в хімічному плані елемент.

Вміст в природі кальцію такий:

грунт 1,37

морська вода 0,04

тваринні організми 0,3

рослинні організми 1,9

Найпоширеніша форма елементу —карбонат кальцію.

Овочеві культури концентрують у 20-30разів кальцію більше ніж злаки, особливо це відноситься до листяних овочевих:шпинат, щавель, салат, капуста, цибуля, томати та ін. тому дефіцит кальціюлокалізують за станом овочевих культур. Переміщення кальцію всередині рослиниобмежено, тому цей елемент є малорухливим, не підлягає реутилізації.

Вміст кальцію в деяких культурахнаведено в таблиці.

Культура

продукція

вміст СаО, %

Пшениця

зерно

0,07

солома

0,28

Кукурудза

зерно

0,03

солома

0,49

Рис

зерно

0,07

Горох

зерно

0,09

солома

1,82

зелена маса

0,35

Люпин

зерно

0,28

солома

0,97

зелена маса

0,16

Соняшник

насіння

0,20

Морква кормова

коренеплоди

0,07

бадилля

1,50

В порівнянні з іншими біометаламикальцій в тваринах міститься в найбільшій кількості. Основна його маса (до 99%)зосереджено в кісткових тканинах переважно у вигляді гідроксоапатиту Ca5(PO4)3OHта інших солей фосфорної кислоти. Кісткові тканини швидко реагують на зміниводно-сольового складу крові і виконують роль своєрідного буфера, якийпідтримує рівновагу внутрішнього середовища організму.

В організмі людини і тварин кальційпоступає в основному з продуктами харчування: молоко, овочі, злаки. Наявністьгрубої клітковини і підвищеної кількості щавлевої кислоти не сприяє засвоєннюкальцію. Особливо важливе значення для збагачення організму іонами кальцію маєпитна вода, в якій є гідрокарбонат кальцію Ca(HCO3)2.

Кісткові тканини здатні адсорбувати наповерхню Pb, Sr, Ra, U та ін радіонукліди, що веде за собою порушеннякровотворної функції кісткового мозку. Раніше люди вважали, що скелет є опороютіла і сприяє його руху, та зараз встановили, що він приймає активну участь вобміні речовин і перед усе – кальцію.

Завдяки активності кальцію йоговикористовують для відновлення деяких тугоплавких металів (титан, цирконій іт.д.) з оксидів. Кальцій також використовують на виробництві для очистки криціта чавуну від кисню, сірки та фосфору для отримання деяких міцних сплавів.

Частинадруга

Кальцій належить до 4 періоду II групиперіодичної системи елементів Д.І.Менделєєва. Кальцій, виходячи з будови атома,належить до неперехідних елементів. Для цих елементів характерна постійністьступеня окислення і утворення іонів із завершеною електронною конфігурацією,подібної до оболонки інертних газів.

Кальцій на зовнішньому електронномурівні має 2 валентних електрони, які він може легко віддавати, перетворюючись віони з електронною конфігурацією аргону.

Атомний радіус кальцію менший ніжатомний радіус металів І групи внаслідок високих зарядів ядер. Енергіяіонізації атомів кальцію більша ніж енергія іонізації відповідного металу Ігрупи. Внаслідок малих розмірів іони кальцію поляризуються в меншій мірі ніжізоелектронні іони лужних металів, тому сполуки кальцію в своїй більшостіносять іонний характер. Однак внаслідок поляризації аніона катіоном Са2+проявляється тенденція до утворення ковалентних зв’язків. Тому кальцій здатенутворювати досить міцні донорно-акцепторні зв’язки з атомами азоту і киснюпроявляючи при цьому комплексоутворювальні властивості.

Має властивість гідратуватися врозчинах. За ступенем онності стоїть між літієм, натрієм, берилієм та магнієм зодного боку і поступається в цьому калію, рубідію, стронцію, цезію та барію зіншого.

Кальцій — жорсткий метал класу а. Для нього (класу) характерні малірозміри, високі заряди, низька поляризація. Радіус атома кальцію 0,94Å.Він може утворювати комплексні сполуки з жорсткими лігандами: Н2О,ОН-, F-, СІ-, СН3СО2-,N2H4, РО43-, SO42-,СО32-, СІО4-, NO3-,NH3, R-OH, R2O, RNH2. Оскільки біологічнікомплекси переважно утворюються з жорстких металів і жорстких лігандів цісполуки заслуговують на увагу. У виняткових випадках кальцій може утворюватибіокомплекси з такими перехідними лігандами як C6H5NH2,C2H5N, N2-, N3-,Br-, NO2-, SO3-. Кальційтакож може міцно зв’язуватися з жорсткими донорними атомами О, N, F бо вонидуже електронегативні.

Для кальцію характерне найпоширенішесеред біометалів координаційне число 6. Також може бути координаційне число 7 втаких сполуках як хелатне чотирьохчленне кільце в кристалі [Ca(Hgly Gly Gly)(H2O)2]Cl2*H2O. Три зв’язки Са-О карбоксильні, два зв’язки Са-Опептидні і два зв’язки йдуть на Са(ОН)2.

Кальцій дуже добре вступає в реакцію згемоціаніном та фенілаланіном.

Кальцій добре пов’язується з АТФ і АДФвнаслідок чого утворюються хелати на кінцях з фосфатами. В цьому випадку Сапов’язується швидко, але не так міцно як Мg. На цих властивостях побудованодекілька фізіологічно важливих реакції енергетичного обміну.

Доведено, що кальцій також може добревступати в реакції комплексоутворення з макроциклічними лігандами, наприклад,такими, які входять до складу порфіринового кільця хлорофілу. Є фактом і те, щокальцій може зв’язуватися з такими макромолекулами як ДНК і РНК. Особливоважливою є взаємодія з тірозил-, пролін- та глутамін-тРНК-синтетазами. Він їхактивує. Виявлені реакції з глутаматдигідрогеназами та кіназами. Входить доскладу α-амілаз, фосфоліпаз, γ-лактаз структурно.

Частинатретя

Кальцій як і будь-який біометал відіграєнеабияку роль у функціонуванні рослинних і тваринних організмів. Це визначенойого властивостями, які описані вище.

В рослинній клітині кальцій регулюєфізико-хімічний стан цитоплазми: підтримує колоїдний стан, визначає нараду змагнієм та іншими елементами кислотність середовища. Завдяки стабільності стануцитоплазми спостерігається тургор рослини, йде активний обмін та синтез сполук.Кислотність спричиняє активізацію або інгибіювання певних синтезів, визначаєнапрямок багатьох фізико-хімічних реакцій. Кальцій знижує ступінь гідратаціїколоїдів та рівень обводненості тканин в цілому, зв’язує нуклеотиди. Звичайно,що при порушенні балансу в першу чергу негативні наслідки виявляються вдестабілізації водного обміну.

Також кальцій приймає участь взв’язувані атмосферного азоту в симбіотичних (Rizobium) та вільноживучихбактеріях (Azotobacter).

Кальцій приймає участь в кооперативномузв’язуванні О2 (гемоцианіном).

Виступає в ролі структурного елементуразом з пектиновими речовинами для стінок. В цьому «амплуа» формує«донанівський простір» — один з елементів транспорту сполук врослині. Разом з магнієм контролює надходження молібдену, міді, кобальту таінших біоелементів. Є бар’єром для органічних кислот, бо міцно пов’язує їхпереводячи в нерозчинну сіль (наприклад для щавлевої в CaC2O4).Концентрується в старих тканинах.

Інгибує гліцил-тРНК але обертаєінактивацію глутамінсинтетази. Активно діє в реакціях, пов’язаних зперерозподілом енергії (комплекси АТФ і АДФ).

Кальцій впливає на рухомі форми марганцюв грунті. Особливо гостро ця проблема стоїть при вапнуванні грунтів. Mnпереходить зступеню окислення 2+ до 4+ в якій він недоступний для організмів. Це випливає всерйозні порушення в плодючості тварин і призводить, навіть, до стерилізаціїВРХ.

Кальцій сприяє мінералізації органічнихсполук і звільненню різних поживних речовин. Приймає участь у синтезі білковихречовин, сприяє утворенню хлорофілу, впливає на рухомість асимілянтів у рослин.Кальцій нейтралізує в рослині щавлеву кислоту, яка утворюється при розкладібілків,

В рослинах кальцій потрібен дляперетворення поглинутих нітратів в органічні сполуки.

При нестачі кальцію в рослинспостерігається зниження тургору, зменшення лінійного росту пагонів (стаютькороткими і товстими, здерев’янілими) та кінців коріння («бульби»).Взагалі страждають в першу чергу молоді органи — вони жовтіють, буріють,з’являються некрози.

Іноді агрономи можуть ідентифікуватинесправжній надлишок калію, магнію, бору, хоча це спричинено дефіцитом самекальцію. Це спостерігається частіше на легких кислих грунтах, де вінвимивається. Фізико-хімічні властивості цих грунтів несприятливі для розвиткурослин (окрім кальцієфобів).

Обмін кальцію здійснюється під впливомбіологічно активних речовин, серед яких особливо важливий вітамін D(кальциферол). Коли в організмі спостерігається його мала кількість, тоуповільнюється надходження кальцію в кісткові тканини, що призводить дорозвитку рахіту та ін. порушень пов’язаних з розм’якшенням кісток. Стійкістьскелету організму залежить також від дії на нього гравітації і в умовахневагомості порушується. У поєднанні з недостатньою рухомістю людини в космосіпорушується фосфорно-кальцієвий обмін, тому в меню космонавтів обов’язкововключають компоненти збагачені кальцієм.

Особлива роль належить кальцію вмеханізмі м’язового скорочення. Цей процес проходить при взаємодії двох м’язовихбілків-міозину і актину. В результаті приєднання іонів кальцію актин здатенвзаємодіяти з міозином з утворенням актоміозину, який є каталізаторомрозщеплення АТФ, при якому вивільняється енергія для м’язового скорочення.

Іони кальцію приймають участь в передачінервових імпульсів в процесі звертання крові, уповільнює дію токсинів, підвищуєстійкість організму до інфекцій, сприяє обміну заліза.

Частиначетверта

Кальцій як елемент добувають шляхомелектролізу його хлориду (СаНl). Але як елемент його вносити не можна, бо цяформа не засвоюється рослинами. Вносять кальцій не стільки для забезпеченняйого балансу як мікроелемента, скільки для регулювання кислотності грунту —проводять так зване вапнування.

RH+CaCO3à

RCa+H2O+CO2

Разом з вапняковими матеріалами частовносять і інші мікроелементи, бо переважна більшість добрив з вмістом кальціюприродного походження.

В наступній таблиці представленівапнякові добрива та їх властивості

Добриво

Спосіб одержання

Форма вапна в добриві

Склад (в % на суху речовину)

Характер дії добрива

СаО і MgO

загальний вміст (СаСО3)

Домішки

Крейда

з покладів

СаСО3

до 56

90-100

0-10

швидко

Мелений вапняк (вапнякове борошно

розмелом твердих вапняків

СаСО3

42-56

75-100

0-25

повільно

Мелений доломітизований вапняк і доломіт

розмелом твердих доломітизованих вапняків і доломітів

СаСО3 MgСО3

39-54

79-100

0-25

дуже повільно

Мергель

з покладів

СаСО3інколи MgСО3

14-42

25-75

повільна

Палене вапно (негашене)

обпалювання твердих вапняків

СаО

до 100

мало

дуже швидко

Палене вапно (гашене, пушонка)

гашення водою паленого вапна

Са(ОН)

до 75

мало

дуже швидко

Вапнякові туфи

з покладів

СаСО3

близько 50

85-100

10-20

посередня

Озерне вапно (гажа)

з покладів на місцях виси-хання водойм

СаСО3

30 і більше

50-100

посередня

Торфотуфи

з покладів

СаСО3 (+ увібраний Са)

6-28

10-50

посередня

Дефекат

відходи цукрових заводів

СаСО3 з домішками СаО

близько 40

до 22

близько 25

посередня

Сапропель (вапняковий)

з покладів

СаО

36,6

до 12

біля 40

швидка

Вапнування попереджує токсичність алюмінію,фіксує фосфор, підвищує мікробіологічну активність, зрівноважує кислотність(звичайно за умови правильного використання).

Частинап’ята

Аналіз поділяють на якісний такількісний. Деякі сучасні фізико-хімічні методи поєднують в собі обидва типи.

Для кальцію властиві наступні хімічніреакції, за якими його визначають в грунтових витяжках, рослинах,сільськогосподарській продукції:

1.

Карбонатамонію — осад білий, аморфний, при нагріванні кристалізується. Са2++(NH4)2СО3àCaCO3↓+2NH4

2.

Сірчанакислота (солі лужних металів): з концентрованих розчинів дає білий осад Са2++SO42-àCaSO4↓

3.

Оксалат амонію(щавелекислий амоній) — основна якісна реакція в агрохімічному аналізі,заважають іони барію та стронцію. Дає білий осад, який розчиняється вмінеральних кислотах але нерозчинний в оцтовій кислоті. Са2++(NH4)2С2O42-àCaC2O4↓+2NH4

4.

Забарвленняполум’я. Леткі солі (хлориди або нітрати) забарвлюють полум’я вцеглисто-червоний колір.

5.

Для визначеннявмісту разом з магнієм (жорсткість води) користуються трилоном Б, з яким ціметали утворюють комплексну сполуку синього кольору.

Ці реакції виконуються в певних комбінаціях, які даютьвизначення кальцію навіть при домішках споріднених елементів.

Сучасні методи дослідження:

1.

Потенціометрія— використовується кальцієселективний електрод ЭМ-Са-01.Дає вірні дані в межах від 0,1 до 10-4.Заважають магній, барій, натрій, калій, амоній. При значних домішкахвикористовують декілька електродів для елементів, що заважають і по різницівизначають результат. Також використовують потенціометричне титрування.

2.

Полум’янаспектрометрія — на спектрофотометрах типа Флафо-4 з фільтром «Са» —як якісний так і кількісний аналіз. Точність в межах 10-2 – 10-9.Найякісніший та найшвидший аналіз.

3.

Атомно-абсорбціоннаспектрометрія. Все, що відноситься до п.2.

4.

Фотоколориметрування.Використовують забарвлені комплекси з ЕДТА. Заважають деякі елементи.

5.

Масс-спектрометрія.

6.

Метод міченихатомів.

Експрес-метод визначення присутностікарбонатів кальцію в грунтах є дія соляною кислотою. При цьому грунт в розрізі«вскіпає».

Додаткові табличні дані пробіоелемент кальцій

Масова частка кальцію вземній корі, морській воді, грунті, тваринах та рослинах

Елемент

Земна кора

Грунт

Морська вода

Рослини

Тварини

Са (кальцій)

3,5

1,37

0,04

0,3

1,9

Середня масова часткакальцію в живій речовині (по В.І.Вернадському)

Декада

Масова частка

Елементи

ІІ

1-10

С, N, Ca

Фізико-хімічні властивостікальцію

Символ

поряд-ковий номер

електронна формула

ступінь окислення в живих організмах

радіус атома, пм

радіус іона, пм

енергія іонізації, мДж/моль

стандартний електродний потенціал, В

dідносна електронегативність

Са

1s22s2p63s2p64s2

197

0.5898

Ca2++2eà

Ca-2.866

1.00

Значення логарифмів константстійкості комплексів кальцію з деякими біолігандами

РНК

ДНК

Тіамін

Рибо-флавин

Пірідоксин

Біотин

Нікотинамід

АТФ

АДФ

Валіноміцин

Енні-атин

2,32

2,20

3,79

2,68

2,70

Логарифми констант стійкостікомплексів кальцію з фульвокислотами (ФК)та гуміновими кислотами (ГК) прирізних значеннях рН.

Значення рН

3,5

ФК

2,7

2,0

2,9

—

ГК

—

6,5

Середні показники зміниконцентрації кальцію в рослинах під впливом гумінових кислот і в залежності відвмісту органічної речовини в субстраті

Масова доля в субстраті

гумінова кислота

органічна речовина

0,5

1,0

2,5

5,0

Масова доля кальцію, %

Добуток розчинності деякихмалорозчинних сполук кальцію

Аніони

ОН—

СО32-

РО43-

S2-

Добуток розчинності

6,5*10-6

3,8*10-9

СаНРО4 2,7*10-7 Са(РО4)2 2*10-29

Логарифми констант стійкостікальцію з комплексонами

Скорочена позначка

Повна назва комплексону

Логарифм константи

ИДА

Іміндиоцтова кислота

2,59

НТА

Нітрилоцтова кислота

6,41

ЭДТА

Етилендиамінтетраоцтова кислота

10,70

ДТПА

Диетилентетраміноцтова кислота

10,89

ТТГА

Триетиленгексаміноцтова кислота

9,89

ТПГА

Тетраетиленпентамінгептаоцтова кислота

7,57

ОЭДТА

Оскиетилендиамінтриоцтова кислота

8,00

ДБТА

Дигідроксибутилендиамінтетраоцтова кислота

9,39

ЭДДЯ

Етилендиаміндиянтарна кислота

4,23

ЭДОФА

Етилендиамін-ди(2-гідроксифенол)-диоцтова кислота

7,20

ОЭДФ

Гідроксиетилендифосфонова кислота

6,00

НТФ

Нітрилтриметиленфосфонова кислота

6,68

еще рефераты

Еще работы по химии

Реферат по химии

Чудесное топливо будущего

29 Августа 2013

Реферат по химии

Металлы и сплавы в химии и технике