Каких химических элементов больше всего содержится в организме человека
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 августа 2020; проверки требуют 8 правок.
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Эту страницу предлагается переименовать в Химический состав организма человека или Химический состав тела человека. Пояснение причин и обсуждение — на странице Википедия:К переименованию/20 июля 2020. Пожалуйста, основывайте свои аргументы на правилах именования статей. Не удаляйте шаблон до подведения итога обсуждения. Переименовать в предложенное название, снять этот шаблон. |
В данной статье приведена оценка средней распространённости химических элементов в человеческом организме.
Атомы в организме человека[править | править код]
В среднем 70-килограммовое тело взрослого человека содержит около 6,7×1027 атомов и состоит из более чем 60 химических элементов, из которых 60 самых распространённых приведены в таблице ниже.
| Элемент | Процент массы | Масса (кг) | Символ | Атомный номер | Процент атомов[1] | Количество атомов |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Кислород | 65 | 43 | O | 8 | 24 | 1.61 x 1027 |
| Углерод | 18 | 16 | C | 6 | 12 | 8.03 x 1026 |
| Водород | 10 | 7 | H | 1 | 63 | 4.22 x 1027 |
| Азот | 3 | 1.8 | N | 7 | 0.58 | 3.9 x 1025 |
| Кальций | 1.5 | 1.0 | Ca | 20 | 0.24 | 1.6 x 1025 |
| Фосфор | 1 | 0.780 | P | 15 | 0.14 | 9.6 x 1024 |
| Калий | 0.25 | 0.140 | K | 19 | 0.033 | 2.2 x 1024 |
| Сера | 0.25 | 0.140 | S | 16 | 0.038 | 2.6 x 1024 |
| Натрий | 0.15 | 0.100 | Na | 11 | 0.037 | 2.5 x 1024 |
| Хлор | 0.15 | 0.095 | Cl | 17 | 0.024 | 1.6 x 1024 |
| Магний | 0.05 | 0.019 | Mg | 12 | 0.0070 | 4.7 x 1023 |
| Железо | 0.006 | 0.0042 | Fe | 26 | 0.00067 | 4.5 x 1022 |
| Фтор | 0.0037 | 0.0026 | F | 9 | 0.0012 | 8.3 x 1022 |
| Цинк | 0.0032 | 0.0023 | Zn | 30 | 0.00031 | 2.1 x 1022 |
| Кремний | 0.002 | 0.0010 | Si | 14 | 0.0058 | 3.9 x 1023 |
| Рубидий | 0.00046 | 0.00068 | Rb | 37 | 0.000033 | 2.2 x 1021 |
| Стронций | 0.00046 | 0.00032 | Sr | 38 | 0.000033 | 2.2 x 1021 |
| Бром | 0.00029 | 0.00026 | Br | 35 | 0.000030 | 2.0 x 1021 |
| Свинец | 0.00017 | 0.00012 | Pb | 82 | 0.0000045 | 3 x 1020 |
| Медь | 0.0001 | 0.000072 | Cu | 29 | 0.0000104 | 7 x 1020 |
| Алюминий | 0.000087 | 0.000060 | Al | 13 | 0.000015 | 1.0 x 1021 |
| Кадмий | 0.000072 | 0.000050 | Cd | 48 | 0.0000045 | 3 x 1020 |
| Церий | 0.000040 | Ce | 58 | |||
| Барий | 0.000031 | 0.000022 | Ba | 56 | 0.0000012 | 8 x 1019 |
| Олово | 0.000024 | 0.000020 | Sn | 50 | 0.00000060 | 4 x 1019 |
| Йод | 0.000016 | 0.000020 | I | 53 | 0.00000075 | 5 x 1019 |
| Титан | 0.000013 | 0.000020 | Ti | 22 | ||
| Бор | 0.000069 | 0.000018 | B | 5 | 0.0000030 | 2 x 1020 |
| Селен | 0.000019 | 0.000015 | Se | 34 | 0.000000045 | 3 x 1018 |
| Никель | 0.000014 | 0.000015 | Ni | 28 | 0.0000015 | 1 x 1020 |
| Хром | 0.0000024 | 0.000014 | Cr | 24 | 0.000000089 | 6 x 1018 |
| Марганец | 0.000017 | 0.000012 | Mn | 25 | 0.0000015 | 1 x 1020 |
| Мышьяк | 0.000026 | 0.000007 | As | 33 | 0.000000089 | 6 x 1018 |
| Литий | 0.0000031 | 0.000007 | Li | 3 | 0.0000015 | 1 x 1020 |
| Ртуть | 0.000019 | 0.000006 | Hg | 80 | 0.000000089 | 6 x 1018 |
| Цезий | 0.0000021 | 0.000006 | Cs | 55 | 0.00000010 | 7 x 1018 |
| Молибден | 0.000013 | 0.000005 | Mo | 42 | 0.000000045 | 3 x 1018 |
| Германий | 0.000005 | Ge | 32 | |||
| Кобальт | 0.0000021 | 0.000003 | Co | 27 | 0.00000030 | 2 x 1019 |
| Сурьма | 0.000011 | 0.000002 | Sb | 51 | ||
| Серебро | 0.000001 | 0.000002 | Ag | 47 | ||
| Ниобий | 0.00016 | 0.0000015 | Nb | 41 | ||
| Цирконий | 0.0006 | 0.00042 | Zr | 40 | 0.00000030 | 2 x 1019 |
| Лантан | 0.0000008 | La | 57 | |||
| Теллур | 0.000012 | 0.00001 | Te | 52 | ||
| Галлий | 0.0000007 | Ga | 31 | |||
| Иттрий | 0.0000006 | Y | 39 | |||
| Висмут | 0.0000005 | Bi | 83 | |||
| Таллий | 0.0000005 | Tl | 81 | |||
| Индий | 0.0000004 | In | 49 | |||
| Золото | 0.000014 | 0.00001 | Au | 79 | 0.00000030 | 2 x 1019 |
| Скандий | 0.0000002 | Sc | 21 | |||
| Тантал | 0.0000002 | Ta | 73 | |||
| Ванадий | 0.000026 | 0.00000011 | V | 23 | 0.000000012 | 8 x 1017 |
| Торий | 0.0000001 | Th | 90 | |||
| Уран | 0.00000013 | 0.0000001 | U | 92 | 0.0000000030 | 2 x 1017 |
| Самарий | 0.000000050 | Sm | 62 | |||
| Вольфрам | 0.000000020 | W | 74 | |||
| Бериллий | 0.000000005 | 0.000000036 | Be | 4 | 0.000000045 | 3 x 1018 |
| Радий | 0.00000000000000001 | Ra | 88 | 0.00000000000000001 | 8 x 1010 |
См. также[править | править код]
- Распространённость химических элементов
- Периодическая таблица
Примечания[править | править код]
- ↑ Freitas Jr., Robert A. Nanomedicine, (итал.). — Landes Bioscience (англ.)русск., 1999. — С. Tables 3—1 & 3—2. — ISBN 1570596808.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Химический_состав_человека&oldid=110198672
Категории:
- Биохимия
- Химические элементы
- Списки химических элементов
Источник
Leon Polinezi
23 декабря 2017 · 5,6 K
Главный редактор издания «Популярный университет», химик по образованию, продвигаю массы… · popuni.ru
В теле человека — почти вся таблица Менделеева. По большей части оно состоит из углерода, кислорода и водорода. Водород в наших телах родился примерно 13,8 миллиардов лет назад, а кислород — спустя почти 380 тысяч лет после Большого взрыва. Этот элемент родился в недрах первого поколения звёзд. Углерод возник после взрывов сверхновых. То есть, все элементы, формирующие наши тела, — это отголоски и ошмётки прошлых катастрофических космических событий.
Можно сказать, что человеческий организм по большей части состоит из звёздного материала и мы — дети звёзд 🙂
Интересно так же то, что в течение жизни мы несколько раз полностью меняем свой состав. Бактерии и клетки постоянно меняют свои составляющие элементы — некоторые из них уходят в течение жизни, другие — после смерти отдельных клеток. Поэтому мы — фактически полностью обновляемся несколько раз в течение жизни.
В этой теме к непроверенным ответам нужно относиться с осторожностью
Позвать экспертов
химик, продавец металлов, коллекционер банкнот, начинающий путешественник…
В больших или меньших количествах есть практически все стабильные химические элементы из таблицы Менделеева, кроме искусственно синтезируемых. Точное число можно сказать только задав предел концентрации элемента, ниже которой его можно считать отсутствующим в теле.
Больше всего, конечно, водорода, углерода, кислорода, азота, фосфора, кальция.
В этой теме к непроверенным ответам нужно относиться с осторожностью
Позвать экспертов
Можно сказать, что человеческий организм по большей части состоит из звёздного материала и мы — дети звёзд 🙂
Интересно так же то, что в течение жизни мы несколько раз полностью меняем свой состав. Бактерии и клетки постоянно меняют свои составляющие элементы — некоторые из них уходят в течение жизни, другие — после смерти отдельных клеток. Поэтому… Читать далее
В этой теме к непроверенным ответам нужно относиться с осторожностью
Позвать экспертов
Что будет, если соединить все элементы таблицы Менделеева?
Мамкин дизайнер, тот самый парень, который в твоем классе выводил учителей из…
«Первые два ряда можно собрать без проблем. Собирая третий ряд, вы сгорите. Собирая четвертый, вы погибнете, потому что отравитесь токсичным дымом. Пятый ряд сделает с вами то же самое и еще облучит вас радиацией. Шестой ряд взорвется и превратит здание, в котором вы находитесь, в радиоактивное и токсичное облако из пыли и огня. Не пытайтесь собрать седьмой ряд»
В книге “What If” Рендалла Монро есть целая статья на эту тему, с подробным описанием каждого шага и последствий. К сожалению, в открытом доступе конкретно этой статьи нет.
Коротко говоря: вам моментально придет п#здец
Прочитать ещё 7 ответов
Откуда взялись химические элементы?
ALBA synchrotron, postdoc
Химический элемент водород взялся из электростатического притяжения первичных протонов и электронов. Все остальные взялись из термоядерных реакций в звёздах.
Каких химических элементов много в клетке?
Подготовила к ЕГЭ по химии 5000 учеников. С любого уровня до 100 в режиме онлайн 🙂 · vk.com/mendo_him
Химические элементы в клетке делятся на:
❤Макроэлементы
К ним относятся 2 группы элементов
Первая группа:
С(углерод),O(кислород),N(азот),H(водород)
Они составляют около 98 % от всей массы клетки
Вторая группа: S(сера),Р(фосфор),К(калий),Mg(магний),Na(натрий),Са(кальций),Cl(хлор),Fe(железо)
Этих элементов около 1,9 %
❤Микроэлементы
К ним относятся ионы тяжелых металлов ,которые входят в состав гормонов. Например,Zn(цинк),Cu(медь) и т.д.
Их около 0,1% от массы клетки
❤Ультрамикроэлементы
К ним относятся Au(золото),Ra(радий),Cs (цезий),Be(бериллий),Hg(ртуть),Se(селен) и т.д.
Их концентрация в клетке не превышает 0,000001%
Прочитать ещё 2 ответа
Какой самый распространенный химический элемент в космосе?
Самый распространенный элемент во Вселенной с большим отрывом — водород, а за ним — гелий. Они образовались в результате первичного нуклеосинтеза, после Большого взрыва. В тот момент на два самых легких элемента приходилось больше 99,9% всех атомных ядер (еще было чуть-чуть дейтерия и лития). За прошедшее с тех пор время соотношение чуть изменилось — теперь их 74% (водорода) и 24% (гелия). Все остальные элементы, включая кислород и углерод в нашем теле — продукт ядерных реакций в звездах. И если ядра гелия имеют разное происхождение — большая часть возникла после Большого взрыва, что-то образовалось в звездах и совсем немножко — продукт распада радиоактивных элементов, — то ядра водорода, протоны, стары, как мир.
Прочитать ещё 1 ответ
Что такое группы в таблице Менделеева и по какому принципу они формируются?
Подготовила к ЕГЭ по химии 5000 учеников. С любого уровня до 100 в режиме онлайн 🙂 · vk.com/mendo_him
????Группы в таблице Менделеева????
✅Это вертикальные ряды в периодической системе
✅В этих рядах находятся атомы,которые располагаются по возрастанию их заряда ядра
✅Номер группы ,в которой находится атом соответсвует количеству электронов на внешней оболочке
✅В таблице Менделеева имеется 8 групп,в каждой из них выделяют главные и побочные подгруппы
✅В главных подгруппах находятся S,P-элементы,в побочных -D,F
Источник
Sarutoby 5 лет назад Живые организмы большей части состоят из белков, жиров,углеводов и воды. Углеводы и жиры в свою очередь состоят из углерода, кислорода и водорода. Белки из аминокислот, содержащих углерод, кислород, водород и азот. Вода состоит из водорода и кислорода. Так что в живом организме больше всего углерода, кислорода, водорода и азота. автор вопроса выбрал этот ответ лучшим Вот распределение химических элементов в организме среднего человека (в процентах по массе). Данные усреднены, так как все люди разные; особенно это касается более редких элементов, содержание которых у разных людей может различаться очень сильно. На первом месте, конечно, кислород – 65%.Ведь кислород входит в состав воды, его в ней почти 90%, а сама вода – самое распространенное вещество в организме, почти три четверти. На втором месте – углерод, его 18%. На третьем – водород (10%). Углерод и водород входят в состав всех органических соединений (по крайней мере тех, которые есть в человеке). А дальше идут (тоже в процентах по массе, выброчно): Азот 3 Кальций 1,5 Фосфор 1 Калий 0,25 Сера 0,25 Натрий 0,15 Хлор 0,15 Магний 0,05 Железо 0,006 Фтор 0,0037 Цинк 0,0032 Кремний 0,002 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Медь 0,0001 Алюминий 0,000087 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Иод 0,000016 Человек на семьдесят пять процентов, или около того, состоит из воды, следовательно, в организме человека больше всего водорода и кислорода, химических элементов составляющих воду. Tromb 2 года назад Все живые организмы состоят из клеток, а клетки в свою очередь состоят из различных химических элементов. Каких-то элементов больше, каких-то меньше. Например, большую часть (а это почти ~98%) составляют такие вещества как кислород, углерод, водород и азот. Конечно, присутствуют и другие вещества, например, кальций, фосфор, калий, сера, цинк, йод: Знаете ответ? |
Источник
Химические элементы в живых организмах образуют два класса соединений: органические и неорганические, а также находятся в свободном состоянии — в виде ионов. Все 94 элемента естественного происхождения имеют разное число протонов, расположение и количество электронов. Когда в XIX в. Дмитрий Менделеев выстроил их в таблицу согласно номерам, он открыл одну из величайших закономерностей естествознания: элементы демонстрируют химические свойства, которые по повторяемости можно объединить в 8 групп. Эта закономерная картина дала таблице своё название: Периодическая таблица химических элементов.
Периодическая таблица отображает химические элементы согласно атомному номеру и их свойству
Периодичность элементов, найденная Менделеевым, основана на взаимодействии электронов разных атомов на внешнем энергетическом уровне. Эти электроны называются валентными, и их контакты являются основой химических реакций. Для большинства атомов, важных для жизни, внешний энергетический уровень может содержать не более 8 электронов. Химическое поведение элемента зависит от того, сколько из его восьми позиций заполнено.
Элементы, обладающие всеми восьмью электронами внешнего энергетического уровня (у гелия 2) являются инертными, т. е. нереактивными. К ним относятся: гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar) и другие благородные газы. Напротив, элементы с семью электронами внешнего энергетического уровня, такие как фтор (F), хлор (Cl) и бром (Br) реактивны. Как правило, они получают дополнительные электроны, необходимые для заполнения энергетического уровня.
Другие элементы с одним электроном в их внешнем энергетическом уровне: литий (Li), натрий (Na) и калий (K) имеют тенденцию к потере одного своего электрона.
Строение атома лития
Автор: Ahazard.sciencewriter, CC BY-SA 4.0
Таким образом, Периодическая таблица Менделеева демонстрирует правило октета, или правило восьми (лат. Octo – «восемь»): атомы стремятся полностью восстановить свои внешние энергетические уровни, дополнить количество электронов на них до 8.
Химические элементы в составе живых организмов
Отгадайте, о составе какого объекта идёт речь?
- 43 кг кислорода,
- 18 кг углерода,
- 7 кг водорода,
- 1,8 кг азота,
- 0,780 кг фосфора,
- 0,0042 кг железа
- и ещё около 20 химических элементов.
Это состав человека среднего размера и веса. В отличие от неживой природы в живых существах химические элементы организованы в клетки.
Химический состав:
1 — земной коры,
2 — живых организмов
В земной коре преобладают кислород, кремний, алюминий и железо. В основе живых организмов находятся 4 элемента: кислород, углерод, водород, азот. Все элементы кроме кислорода, преобладающие в живых организмах, составляют незначительную долю массы земной коры.
Основные химические элементы в живых организмах — это:
- углерод – C,
- водород – H,
- кислород – O,
- азот – N,
- фосфор – P,
- сера – S,
- натрий – Na,
- калий – K,
- кальций – Ca,
- магний – Mg,
- железо – Fe,
- хлор – Cl.
Их доля в живых организмах может составлять 0,01% и выше. Все они имеют атомные номера меньше 21, так как их атомная масса низка. Первые 4 элемента: углерод, водород, кислород и азот составляют 96,3% массы любого организма.
| Таб. 1. Химические элементы в живых организмах | |||
| Органогенные (биоэлементы), или макронутриенты | Макроэлементы | Микроэлементы (от 0,001 % до 0,000001 % массы тела) | Ультрамикроэлементы (менее 0,000001 %) |
| Кислород — 65 %; Углерод — 18 %; Водород — 10 %; Азот — 3 %. | Кальций (Са) – 0,04-2,00 Фосфор (Р) – 0,2-1,0 Калий (К) – 0,15-0,4 Сера (S) – 0,15-0,2 Хлор (Cl) – 0,05-0,1 Натрий (Na) – 0,02-0,Ц03 Магний (Mg) – 0,02-0,03 Железо (Fe) – 0,01 | Кремний (Ci) – 0,001(для растений – микроэлемент) Цинк (Zn) – 0,0003 Медь (Cu) – 0,0002 Фтор (F) – 0,0001 Йод (I) – 0,0001 Марганец (Mn) – менее 0,0001 Кобальт (Co) – менее 0,0001 Молибден (Мо) – менее 0,0001 | Золото Серебро Ртуть Селен Мышьяк Платина Цезий Бериллий Радий Уран |
Большинство молекул (кроме воды), из которых состоит наше тело, представляют собой соединения углерода, называемые органическими веществами. Органические вещества в основном и состоят из этих первых четырёх макроэлементов, чем и объясняется их распространённость в живых системах.
Некоторые микроэлементы, такие как цинк (Zn) и йод (I), хотя и присутствуют в крошечных количествах, играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Дефицит йода, например, может привести к увеличению щитовидной железы, образованию так называемого зоба.
Таб.2. Роль химических элементов в клетке
| Название химического элемента | Описание роли элемента в клетке | |
| 1 | Кислород (О) | Входит в состав органических молекул и воды, обеспечивает реакцию окисления, в процессе которой выделяется нужная организму энергия |
| 2 | Углерод (С) | Составляет основу всех органических соединений |
| 3 | Водород (Н) | Является составной частью всех органических веществ и молекул воды |
| 4 | Азот (N) | Входит в молекулы белков, нуклеиновых кислот, АТФ |
| 5 | Кальций (Са) | Является составной частью клеточной стенки растений. У животных входит в состав костной ткани, эмали зубов, участвует в свёртывании крови и сокращении мышц |
| 6 | Фосфор (Р) | Нужен для формирования зубной эмали и костной ткани. Входит в состав органических молекул, таких как ДНК, РНК, АТФ |
| 7 | Калий (К) | В качестве катиона участвует в создании биоэлектрического потенциала, регулируя работу клеточной мембраны. Влияет на работу сердца, участвует в процессе фотосинтеза |
| 8 | Сера (S) | Есть в составе некоторых белков и аминокислот |
| 9 | Хлор (Cl) | Является основным анионом организма животных. Находится в составе соляной кислоты желудка |
| 10 | Натрий (Na) | В качестве иона (катиона) участвует в создании биоэлектрического потенциала мембран клеток, в синтезе гормонов и регуляции сердечного ритма |
| 11 | Магний (Mg) | Входит в состав зубной эмали, костной ткани, некоторых ферментов и хлорофилла |
| 12 | Железо (Fe) | Необходимый компонент гемоглобина и миоглобина, входит в состав некоторых ферментов, участвует в процессах фотосинтеза и клеточного дыхания |
| 13 | Кремний (Si) | Компонент клеточной оболочки растений. Принимает участие в образовании коллагена, костной ткани |
| 14 | Цинк (Zn) | Участвует в синтезе гормонов у растений, находится в составе инсулина и некоторых ферментов |
| 15 | Медь (Cu) | Принимает участие в процессах синтеза гемоглобина, фотосинтеза, клеточного дыхания. Входит в состав дыхательных пигментов крови (гемоцианинов) и гемолимфы некоторых беспозвоночных |
| 16 | Фтор (F) | Необходим для формирования костной ткани и зубной эмали |
| 17 | Йод (I) | Необходимый компонент гормонов щитовидной железы |
| 18 | Марганец (Mn) | Делает более активными некоторые ферменты, входит в их состав, принимает участие в формировании костной ткани и в процессе фотосинтеза |
| 19 | Кобальт (Со) | Принимает участие в процессе образования клеток крови, находится в составе витамина B12 |
| 20 | Молибден (Mo) | Помогает клубеньковым бактериям связывать атмосферный азот |
Таб. 3. Основные ионы в клетках
| № | Название | |||
| Описание объекта | Изображение | Роль в клетке | ||
| 1 | Катионы | Положительно заряженные ионы. | ||
| 2 | Катионы калия и натрия | К+ Na+ | Основные катионы в организме животных. Они создают электрический потенциал клеточной мембраны, регулируют ритм сердечной деятельности. | |
| 3 | Катионы кальция | Ca2+ | Принимает участие в свёртывании крови, отвечает за сократимость мышц, входит в состав клеточной стенки растений. | |
| 4 | Катион магния | Mg2+ | Нужен растениям для осуществления фотосинтеза, так как он входит в состав хлорофилла. Является компонентом некоторых ферментов, есть в костной ткани и эмали зубов. | |
| 5 | Катионы водорода | Н+ | Отвечают за кислотность и основность внутренней среды организма (pH). | |
| 6 | Анионы | Отрицательно заряженные ионы | ||
| 7 | Анионы хлора | Сl— | Хлор – основной анион клетки животных, принимает участие в создании электрического потенциала клеточной мембраны. Присутствует в составе соляной кислоты желудочного сока. | |
| 8 | ОН— | Выполняет ту же роль что и катион водорода | ||
Как соединяются химические элементы в живых организмах?
Группа атомов, удерживаемых энергией в устойчивой ассоциации, называется молекулой или кристаллом. При изучении веществ в живых организмах нам будут встречаться следующие типы химических связей:
- ионные – когда притягиваются атомы с противоположными зарядами;
- ковалентные – характеризующиеся обобщением (перекрытием) в облако пары валентных электронов от разных атомов;
- водородные – связи между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом.
Ионные связи образуют кристаллы
В обычной поваренной соли – хлориде натрия (NaCl) – атомы удерживаются ионными связями, образуя решётку. Натрий имеет 11 электронов: 2 во внутреннем энергетическом уровне (К), 8 на уровне L и 1 на внешнем уровне М (валентность). Одиночный неспаренный валентный электрон имеет тенденцию к соединению с другим непарным электроном в другом атоме.
Стабильная конфигурация достигается за счёт потери электрона одним атомом и приобретения его другим. Натрий, теряя электрон, становится положительно заряженным ионом – катионом (Na+).
Минеральные соли в клетке накапливаются в виде кристаллов.
У атома хлора 17 электронов: 2 в уровне К, 8 в уровне L и 7 на М-уровне. Одна из орбиталей на внешнем энергетическом уровне содержит неспаренный электрон. Добавление электрона от другого атома превращает атом хлора в отрицательно заряженный хлорид-ион (Cl-). Так как противоположные заряды притягиваются, натрий и хлор остаются связанными нейтральным ионным соединением.
Кристаллическая решётка хлорида натрия. Голубой цвет = Na+ Зелёный цвет = Cl−
Автор: H Padleckas
Если кристаллическую решётку соли поместить в воду, электрическое притяжение молекул воды разрушает силы, удерживающие ионные связи. Раствор соли в воде представляет собой смесь свободных катионов натрия (Na+) и анионов хлора (Cl-).
Так как живые системы всегда содержат воду, то ионы для них важнее кристаллов. Многие химические элементы в живых организмах находятся в виде ионов. Необходимые в клеточных системах ионы – это:
- Ca2+, обеспечивающий передачу клеточных сигналов;
- K + и Na +, участвующие в проведении нервных импульсов.
Если совместить металлический натрий и газообразный хлор, реакция образования хлорида натрия будет экзотермической – быстрой и с выделением тепла.
Ковалентные связи соединяют химические элементы в живых организмах и создают стабильные молекулы
Ковалентные связи образуются, когда два атома делят одну или несколько пар валентных электронов. В качестве примера рассмотрим газообразный водород (H2). Каждый атом водорода имеет неспаренный электрон, а значит и незаполненный внешний уровень. По этой причине атом водорода нестабилен. Когда два атома водорода образуют тесную связь, оба валентных электрона притягиваются к их ядрам. Они как бы делят между собой электроны, в результате чего получается двухатомная молекула газообразного водорода.
Ковалентная связь, формирующая молекулу водорода H2 (справа), где два атома водорода перекрывают два электрона
Автор: Jacek FH, CC BY-SA 3.0
Молекула, образованная двумя атомами водорода, стабильна по трём причинам:
- Она нейтральна, так как содержит 2 протона и 2 электрона.
- Правило октета в ней выполнено. Каждый общий электрон атомов вращается вокруг обоих ядер.
- У них нет неспаренных электронов.
Многие химические элементы в живых организмах образуют ковалентные связи.
Прочность ковалентных связей
Прочность ковалентных связей зависит от количества их общих электронов. В прошлом пункте мы рассматривали одинарную связь, двойная же связь объединяет 2 пары электронов, она более крепкая. Чтобы разорвать её, требуется больше энергии. Самые сильные ковалентные связи – тройные, такие которые объединяют два атома в молекулу газообразного азота (N2).
Ковалентные связи в химических формулах показывают линиями. Каждая линия между атомами представляет собой совместное использование одной пары электронов. Структурная формула газообразного водорода H–H, кислорода O=O, а их молекулярные формулы H2 и O2. Структурный характер формулы для N2 N ≡ N.
Молекулы с несколькими ковалентными связями
Огромное количество биологических соединений состоит более чем из двух атомов. Атом, который требует двух, трёх или четырёх дополнительных электронов для заполнения внешнего уровня, может приобрести их путём обмена с двумя и более атомами.
Например, атом углерода (С) содержит шесть электронов, четыре из них находятся на его внешнем энергетическом уровне и не имеют пары. Чтобы удовлетворить правилу октета, атом углерода должен образовать 4 ковалентных связи. Так как эти 4 скрепления могут производиться разными путями, углерод образует множество молекул, например: СО2 (углекислый газ), СН4 (метан), С2Н5ОН (этанол).
Модель атома углерода
Автор: Ahazard.sciencewriter, CC BY-SA 4.0
Полярные и неполярные ковалентные связи
Атомы отличаются количеством электронов, это свойство называется электроотрицательностью. В строке Периодической таблицы она увеличивается вправо и уменьшается книзу колонки, то есть элементы в правом верхнем углу имеют наиболее высокую электроотрицательность.
Для связи между двумя идентичными атомами, например между двумя атомами водорода или кислорода, электроны делятся поровну. Области их соединения называются неполярными. Таковы, например, молекулы Н2, О2.
При соединении значительно отличающихся по электроотрицательности атомов электроны не делятся поровну. Общие электроны, скорее всего, будут ближе к атому с большей отрицательностью, и хотя получившаяся молекула будет электрически нейтральной, заряд в ней распределится неравномерно. Неравномерность заряда приводит к областям частичной отрицательности (в районе наиболее отрицательного атома) и положительного заряда вблизи наименее отрицательного атома. Такие связи называются полярными ковалентными, а молекулы – полярными.
На схемах с изображением полярных молекул эти частичные заряды обозначаются греческой буквой Дельта (δ). Интересно, что хотя С и Н немного отличаются по электроотрицательности, связь между ними неполярна. Н2О – полярная молекула, электроны в ней концентрируются около ядра атома кислорода. О воде мы будем говорить более подробно в следующем уроке.
Химические реакции взаимосвязаны и обратимы
Процессы образования и разрыва связей между атомами называются химическими реакциями. Все химические реакции обозначают перенос атома от одной молекулы в другое соединение, без каких-либо изменений в количестве или идентичности атомов. Для удобства оригинал молекул до начала реакции называют реагентом, а молекулы, образующиеся в результате реакции – продуктами. Например:
6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2, где 6H2O + 6CO2 – реагент, а C6H12O6 + 6O2– продукт. Это упрощённая формула реакции фотосинтеза, где вода и углекислый газ, вступая в реакцию, образуют молекулы глюкозы и кислорода.
Все химические реакции происходят под влиянием трёх факторов.
- Температура. Нагрев реагентов увеличивает скорость реакции, потому что атомы при этом двигаются быстрее и сталкиваются друг с другом чаще. Но необходимо позаботиться о том, чтобы температура не поднялась слишком высоко и не разрушила молекулы.
- Концентрация реагентов и продуктов. Реакции проходят быстрее, когда из-за более частых столкновений доступно больше реагентов. Накопление продуктов замедляет реакцию, а в обратимой реакции может привести к возвращению к исходным веществам.
- Катализаторы. Катали?