В каких продуктах содержатся углерод

Описание

Содержимое в человеческом организме

Биологическая роль

Источники

Суточная потребность

Недостаток и избыток

Токсичность

Описание

(вернуться к оглавлению)

Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов. Также он входит в состав веществ, имеющих неживотное происхождение – угля, нефти, природных газов, а также многих минералов, например, мела, мрамора, известняка.

Углерод образует четыре простых вещества – алмаз, графит, карбины и фуллерены, которые резко отличаются между собой по своим свойствам.

Алмаз является бесцветным кристаллом и самым твердым из минералов. Он имеет высокий коэффициент преломления и обладает свойствами диэлектрика. Благодаря этим свойствам алмаз широко применяется в промышленности.

Графит встречается в природе гораздо чаще, чем алмаз. Графит – это такая форма углерода, в которой каждый атом углерода связан с тремя соседями, образуя плоскую сетку. В результате он имеет слоистую структуру, причем связь между слоями осуществляется в основном за счет относительно слабых межмолекулярных сил. Все это определяет свойства графита – он мягок, легко расслаивается, хорошо проводит тепло, имеет серый цвет и металлический блеск, заметно электропроводен. Сажа, древесный уголь и другие угли, получаемые из органического и неорганического сырья, представляют собой мелкокристаллический графит, так что обычно термином «углерод» обозначают именно графит той или иной степени дисперсности. При стандартных условиях графит весьма инертен, но значительно более активен, чем алмаз. Он не реагирует с кислородом, водородом, галогенами. На него не действуют растворы кислот и щелочей. При нагревании графит сгорает в кислороде или на воздухе с образованием СО2. С другими неметаллами, кроме фтора и серы, он непосредственно не реагирует. Взаимодействие с металлами возможно только при высоких (1000-2000°С) температурах, а с водородом – еще и при высоких давлениях. Низкая реакционная способность графита позволяет использовать его как материал для тиглей, электродов, как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

Резкое различие в свойствах алмаза и графита обусловлено различным строением их кристаллов.

Третья форма существования углерода – карбин – черный мелкокристаллический порошок, имеющий полупроводниковые свойства.  Карбины более активны, чем графит.

Четвертая форма – фуллерены. В них атомы углерода связаны многоцентровыми связями. При этом образуются правильные многогранники, в вершинах которых располагаются атомы. Наиболее характерны системы, содержащие 60 или 70 атомов, представляющие собой практически сферические частицы.

Наиболее известны два оксида углерода.

Оксид углерода СО – монооксид, угарный газ. При нормальных условиях не имеет цвета и запаха. Достаточно инертен при нормальных условиях. Он практически не растворяется в воде и с ней не реагирует. Молекула СО имеет самую высокую энергию связи среди двухатомных молекул, состоящих из разных атомов. Несмотря на высокую прочность СО легко сгорает, образуя СО2. Реакция протекает самопроизвольно с выделением большого количества тепла.

Оксид углерода СО2 – диоксид углерода, углекислый газ – получается при сгорании любых углеродсодержащих веществ в присутствии воздуха. Является продуктом дыхания живых существ. Диоксид углерода проявляет отчетливые кислотные свойства. Он легко реагирует со щелочами и основными оксидами, образуя соли угольной кислоты – карбонаты. Диоксид углерода плохо растворим в воде.

В природе углерод сосредоточен в карбонатных породах – известняках (СаСО3), образующих громадные залежи, и некоторых других карбонатах (MgСО3). Количество соединений углерода столь велико, что для их описания потребовалось выделить самостоятельное направление в химии – органическую химию. Число известных органических соединений углерода превышает 10 миллионов, тогда как число соединений всех остальных элементов составляет примерно 120 тысяч.

Содержание в человеческом организме

(вернуться к оглавлению)

Так как углерод является основой всех соединений органической химии, то в человеческом организме он присутствует повсеместно. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, углерод является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.

Содержание в человеческом организме в процентном отношении к массе тела составляет 21 % от массы тела. Из них костная ткань – 36 %, мышечная ткань – 67 %.

Биологическая роль

(вернуться к оглавлению)

Как уже было сказано выше, углерод является основной составляющей всех органических форм жизни. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что углерод в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.

Углекислота (СО2), содержащаяся в крови, возбуждает дыхательный центр, расширяет мозговые сосуды, повышает возбудимость сердечной мышцы. Гидрокарбонаты калия (KHСО3) и натрия (NaHCO3) входят в состав буферных систем крови и тканей, поддерживающих рН организма. Уксусная кислота (СH3COОН) принимает участие в синтезе холестерина.

Источники

(вернуться к оглавлению)

Основным источником углерода является пища, состоящая все из тех же углеродсодержащих веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит углерод.

Суточная потребность

(вернуться к оглавлению)

Суточная потребность углерода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит углерод.

Недостаток и избыток

(вернуться к оглавлению)

Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток углерода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки лишь конкретных его соединений. То же относится и к избытку углерода. Например, при избытке углекислого газа СО2 в окружающей атмосфере наступает кислородное голодание.

Токсичность

(вернуться к оглавлению)

Свободный углерод в виде сажи токсичен для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, и как следствие нарушение их функций.

Крайне токсичным является угарный газ СО. Его предельно допустимая концентрация составляет 3 мг/м3. Отравляющее действие этого вещества вызвано тем, что СО связывается с гемоглобином крови почти в 1000 раз легче, чем кислород. В результате чего препятствует связыванию гемоглобина и кислорода, что приводит к быстро развивающемуся кислородному голоданию, удушью и, как следствию, смерти.