Реферат фосфор в организме человека

Обновлено: 08.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Фосфор в организме человека

- порядковый N - 15

- атомный вес - 31,0

Фосфор известен в четырех аллотропических модификациях; практически применяют только две - белый и красный фосфор.

Белый фосфор получается при быстром охлаждении паров фосфора; это твердое кристаллическое вещество, в чистом виде совершенно бесцветное, при нагревании переходит в красный неядовитый фосфор. На воздухе фосфор дымит, издавая при этом чесночный запах, и окисляясь светится в темноте, легко самовоспламеняется и от трения загорается.

В природе фосфор, вследствие быстрой окисляемости, в свободном состоянии не встречается; входит в состав минеральных соединений в виде фосфорита, состоящего главным образом из фосфорногокислого кальция Ca(PO4)2, содержащего кроме фосфорнокислого кальция фтористый кальций CaF2 или хлористый кальций CaCl2.

Фосфор отнимает кислород от многих веществ, образуя фосфорный ангидрид Р2О5, легко вступает в соединения с металлами, образуя соли - фосфаты и фосфиты, а также соединения с серой, фодородом и хлором.

Свободный фосфор был случайно открыт в 1669 году алхимиком Брандом. Долгое время фосфор являлся одним из самых больших секретов алхимии. Прошло почти два века, пока знаменитый химик Либих открыл тайну значения фосфора и фосфорной кислоты в жизни растений.

Растения извлекают из почвы огромное количество фосфора в виде солей фосфорной кислоты, которые идут для построения белка. Особенно много фосфора содержится в семенах растений.

2. Суточная потребность и основные источники поступления: Составляет 1% от массы тела (600-900 грамм).

Суточная потребность взрослого человека 1200мг.

Источник поступления мясо, рыба, молоко, крупы, хлеб, картофель

Фосфор в виде своих соединений играет выдающуюся роль во всех процессах организма. Фосфорная кислота участвует в построении многочисленных ферментов (фосфатаз) - подлинных двигателей химизма клеток. Она необходима для обмена жиров, для синтеза крахмала и гликогена, а также для их распада, что происходит путем фосфоролиза, т.е. присоединения молекулы фосфорной кислоты.

Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета. Особенно богата фосфорной кислотой ткань самой совершенной функции - ткань мозга и нервных клеток.

С растительной и животной пищей фосфор в виде органических соединений - фосфопротеидов, фосфатидов (липоидов) - поступает в организм человека, где вовлекается в непрерывный обмен. Отщепление фосфорной кислоты от органических соединений происходит уже в желудке. Фосфорная кислота здесь частично образует растворимые соли калия, натрия и кальция. Значительная ее часть при переходе из кишечного канала в кровь воротной вены уже в самой кишечной стенке снова образует органические соединения.

В крови фосфор находится в виде органических и неорганических соединений. Количество неорганических солей фосфорной кислоты в крови здоровых людей почти стабильно. У детей содержание неорганических фосфорных соединений в крови выше, чем у взрослых ( в среднем у детей 5 мг%, у взрослых - 2,5-3,5 мг%).

6. Преобразование и распределение:

Главным "депо" органических фосфорных соединений являются мышечная и костная ткани. В плазме

Фосфор (P)

В организме человека содержится 600-900 г фосфора в виде неорганического фосфата и органических соединений, преимущественно различных эфиров фосфорной кислоты. Фосфор сосредоточен прежде всего в костях, он укрепляет костную ткань и зубы, усиливает их минерализацию.

Фосфор в виде остатка фосфорной кислоты и её органических соединений участвует в процессах обмена углеводов, белков и жиров, входит в состав фосфопротеидов, коферментов, фосфолипидов, фосфорилированных форм сахаров и др. Фосфор образует с белком, жирными и другими кислотами большое число комплексных соединений высокой биологической активности – нуклеопротеиды клеточных ядер, фосфопротеиды (казеин), фосфатиды (лецитин) и пр.

Остаток фосфорной кислоты и её органические соединения выполняют в организме структурные и метаболические функции. Неорганический фосфат является компонентом минеральной структуры костной ткани – оксиапатита. Структурную функцию также несут фосфолипиды как один из основных строительных блоков липопротеиновых мембран клеток, субклеточных органелл (ядер, митохондрий, лизосом), а также мембранных структур, в частности миелина.

Исключительно важны и многообразны метаболические функции фосфата и его органических соединений. Фосфор играет существенную роль в деятельности центральной и периферической нервной систем. Как компонент нуклеотидов и нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) фосфат принимает участие в процессах кодирования, хранения и использования генетической информации, биосинтезе нуклеиновых кислот, белков, росте и делении клеток.

В мышечной ткани происходит наиболее интенсивный обмен фосфора. Макроэргические соединения фосфора – аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат – аккумулируют освобождаемую в процессе гликолиза и окислительного фосфорилирования энергию, которая в дальнейшем используется для механической (мышечной), химической (биосинтез различных соединений) и электрохимической (транспорт веществ через биомембраны) работы. Значение фосфора в энергетическом обмене обусловлено не только центральной ролью АТФ, но и тем, что углеводы все превращения в ходе гликолиза, гликонеогенеза и пентозного цикла претерпевают не в свободной, а в фосфорилированной форме.

Соединения фосфорной кислоты участвуют в построении молекул многочисленных ферментов, катализаторов процессов метаболизма органических веществ, создающих условия для использования потенциальной энергии. Так, остаток фосфорной кислоты входит в состав большинства коферментов, а фосфорилирование является одним из главных путей превращения витаминов в активные формы. Неорганический фосфор в качестве одного из основных компонентов буферной системы крови играет существенную роль в обеспечении кислотно-щелочного баланса, поддерживая его в пределах 7,33-7,51.

Уровень неорганического фосфора в плазме (сыворотке) крови имеет диагностическое значение при рахите: снижается и повышается в результате нарушения выведения почками.

Традиционные пищевые источники фосфора

Большинство пищевых продуктов содержит много фосфора, и обычный смешанный рацион вполне обеспечивает поступление 1200-1500 мг фосфора в сутки. Алиментарная недостаточность элемента практически не встречается. Более серьезная проблема – излишнее поступление фосфора с пищей, нарушающие оптимальное соотношение фосфора с кальцием (1 : 1). Особенно опасен избыток фосфора для детей в первые месяцы жизни, т.к. почки не справляются с выведением макроэлемента. В таких случаях развивается гиперфосфатемия, гипокальциемия, а в дальнейшем – нефролитиаз и другие патологии.

Наиболее богаты фосфором молочные продукты: соотношение кальция и фосфора в них приближается к оптимальной величине. Также высоко содержание фосфора в мясе, бобовых, крупах, рыбе, хлебе, яйцах, птице, грибах, орехах, сыре.

Зерновые продукты по уровню фосфора не уступают животным, однако фосфор из растительной пищи усваивается хуже (соответственно 40 и 70%).

Суточная потребность в фосфоре *

Потребность организма в фосфоре увеличивается при усиленной физической нагрузке. На потребность в фосфоре влияет количество в пище белков, жиров, углеводов и кальция. Обеспеченность организма фосфором определяется не только его абсолютным количеством, поступающим с пищей, но и соотношением с перечисленными компонентами. Избыточное поступление кальция снижает усвоение фосфора в связи с образованием нерастворимого трикальцийфосфата. Неорганические соли ортофосфорной кислоты всасываются в кишечнике полностью; всасывание органических форм обычно составляет 40-70 %.

Среднее потребление в Российской Федерации 1200 мг/сут. Установленные уровни потребности 550-1400 мг/сут. Верхний допустимый уровень потребления не установлен.

Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 800 мг/сут.

Физиологическая потребность для детей – от 300 до 1200 мг/сут.

Роль фосфора в возникновении и течении различных заболеваний

Недостаток фосфора является причиной нарушения минерализации костей скелета и зубов, что приводит к развитию рахита в детском возрасте и остеопороза и остеомаляции – у взрослых. Низкая концентрация сывороточного Р и соответственно низкое содержание соединений, в образовании которых принимает участие Са и Р, связанное с возрастанием уровня сывороточного Са, препятствует нормальному образованию центров костеобразования костной ткани.

Наряду с этим алиментарным дефицитом фосфора, минерализации костей может препятствовать ненормально высокая концентрация пирофосфата, так же как и недостаточная активность или отсутствие фосфатазы.

Избыток фосфора в первые месяцы жизни может приводить к развитию гиперфосфатемии, гипокальциемии, нефролитиазу и другим патологическим состояниям.

Особенности фосфора, история его открытия, химические свойства и аллотропные изменения. Природные соединения и получение фосфора. Характеристика фосфора в организме человека. Применение в медицине его соединений и особенности их биологической роли.

Рубрика Химия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 06.05.2015
Размер файла 311,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Оглавление

  • 1. Особенности фосфора
  • 2. История открытия фосфора
  • 3. Природные соединения и получение фосфора
    • 4. Химические свойства
    • 7. Химические свойства

    1. Особенности фосфора

    фосфор химический биологический аллотропный

    Фосфор (лат. Phosphorus) P - химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,97. Наивысшая степень окисления, которую может проявлять фосфор, равна +5. Соединения, содержащие фосфор в степени окисления меньшей, чем +5 проявляют себя как восстановители. В то же время соединения фосфора +5 в растворах окислителями не являются. Кислородные соединения фосфора более устойчивы, чем таковые азота. Водородные же соединения менее стабильны.

    2. История открытия фосфора

    Фосфор был открыт в 1669 г. алхимиком Брандтом, когда он в поисках "философского камня" сильно нагревал сухой остаток мочи с углем без доступа воздуха. Выделенное вещество светилось на воздухе и затем загоралось. За это свойство Брандт дал ему название "фосфор", т.е. носящий свет ("светоносец").

    После открытия еще сто лет фосфор был редким и дорогим веществом, т.к. содержание в моче его ничтожно мало, а добывание сложно. И лишь после 1771 г., когда шведский химик Шееле разработал способ получение фосфора из костей, стало возможным получение его в значительных количествах.

    3. Природные соединения и получение фосфора

    По распространенности в земной коре фосфор опережает азот, серу и хлор. В отличие от азота фосфор, из-за большой химической активности встречается в природе только в виде соединений. Наиболее важные минералы фосфора - апатит Са5Х(РО4)3 (Х - фтор, реже хлор и гидрооксильная группа) и фосфорит основой которого является Са3(РО4)2. Крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор. Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау, в Московской, Калужской, Брянской областях и в других местах. Фосфор входит в состав некоторых белковых веществ, содержащихся в генеративных органах растений, в нервных и костных тканях организмов животных и человека. Особенно богаты фосфором мозговые клетки.

    В наши дни фосфор производят в электрических печах, восстанавливая апатит углем в присутствии кремнезема:

    Ca3(PO4)2+3SiO2+5C 3CaSiO3+5CO +P2 .

    Пары фосфора при этой температуре почти полностью состоят из молекул Р2, которые при охлаждении конденсируются в молекулы Р4.

    4. Химические свойства

    1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3 3d 0

    Наружный электронный слой содержит 5 электронов. Наличием трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне объясняет то, что в нормальном, невозбужденном состоянии валентность фосфора равна 3.

    Но на третьем энергетическом уровне имеются вакантные ячейки d-орбиталей, поэтому при переходе в возбужденное состояние 3S-электроны будут разъединяться, переходить на d подуровень, что приводит к образованию 5-ти неспаренных элементов.

    Таким образом, валентность фосфора в возбужденном состоянии равна 5.

    В соединениях фосфор обычно проявляет степень окисления +5, реже +3, -3.

    1. Реакции с кислородом:

    4P 0 + 5O2 2P2 +5 O5

    (при недостатке кислорода: 4P 0 + 3O2 2P2 +3 O3)

    2P 0 + 3Cl2 2P +3 Cl3

    P 0 + 5S P2 +5 S5

    (галогениды фосфора легко разлагаются водой, например:

    PCl3 + 3H2O H3PO3 + 3HCl

    3. С азотной кислотой:

    3P 0 + 5HN +5 O3 + 2H2O 3H3P +5 O4 + 5N +2 O

    4. С металлами образует фосфиды, в которых фосфор проявляет степень окисления - 3:

    2P 0 + 3Mg Mg3P2 -3

    (фосфид магния легко разлагается водой Mg3P2 + 6H2O 3Mg(OH)2 + 2PH3 (фосфин))

    3Li + P Li3P -3

    5. Со щелочью:

    4P + 3NaOH + 3H2O PH3­ + 3NaH2PO2

    В реакциях (1,2,3) - фосфор выступает как восстановитель, в реакции (4) - как окислитель; реакция (5) - пример реакции диспропорционирования.

    Фосфор может быть как восстановителем, так и окислителем.

    5. Аллотропные изменения

    В свободном состоянии фосфор образует несколько аллотропных видоизменений. Это объясняется тем, что атомы фосфора способны, взаимно соединяясь, образовывать кристаллические решетки различного типа.

    Физические свойства фосфора

    Внешний вид и характерные признаки

    Белый кристаллический порошок, ядовит, самовозгорается на воздухе. При 280--300°С переходит в красный

    Возгоняется около 400°С

    Красный кристаллический или аморфный порошок, неядовит. При 220°С и 12 10 8 Па переходит в черный фосфор. Загорается на воздухе только при поджигании

    При нагревании переходит в красный фосфор

    Графитоподобная структура. При нормальных условиях -- полупроводник, под давлением проводит электрический ток как металл

    Белая модификация фосфора, получающаяся при конденсации паров, имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой дислоцированы молекулы Р4 (рис.1). Из-за слабости межмолекулярных сил белый фосфор летуч, легкоплавок, режется ножом и растворяется в неполярных растворителях, например в сероуглероде. Белый фосфор весьма реакционноспособное вещество. Он энергично взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и металлами. Окисление фосфора на воздухе сопровождается разогреванием и свечением. Поэтому белый фосфор хранят под водой, с которой он не реагирует. Белый фосфор очень токсичен.

    Около 80% от всего производства белого фосфора идет на синтез чистой ортофосфорной кислоты. Она в свою очередь используется для получения полифосфатов натрия (их применяют для снижения жесткости питьевой воды) и пищевых фосфатов. Оставшаяся часть белого фосфора расходуется для создания дымообразующих веществ и зажигательных смесей.

    Техника безопасности. В производстве фосфора и его соединений требуется соблюдение особых мер предосторожности, т.к. белый фосфор - сильный яд. Продолжительная работа в атмосфере белого фосфора может привести к заболеванию костных тканей, выпадению зубов, омертвению участков челюстей. Воспламеняясь, белый фосфор вызывает болезненные, долго не заживающие ожоги. Хранить белый фосфор следует под водой, в герметичных сосудах. Горящий фосфор тушат двуокисью углерода, раствором CuSO4 или песком. Обоженную кожу следует промыть раствором KmnO4 или CuSO4. Противоядием при отравлении фосфором является 2%-ый раствор CuSO4.

    При длительном хранении, а также при нагревании белый фосфор переходит в красную модификацию (впервые его получили лишь 1847 году). Название красный фосфор относится сразу к нескольким модификациям, различающихся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до темно-красной и даже фиолетовой. Все разновидности красного фосфора нерастворимы в органических растворителях, и по сравнению с белым фосфором они менее реакционноспособны и имеют полимерное строение: это тетраэдры Р4, связанные друг с другом в бесконечные цепи (рис.2).

    Красный фосфор находит применение в металлургии, производстве полупроводниковых материалов и ламп накаливания, используется в спичечном производстве.

    Наиболее стабильной модификацией фосфора является черный фосфор. Его получают аллотропным превращением белого фосфора при t=220 0 C и повышенным давлением. По внешнему виду он напоминает графит. Кристаллическая структура черного фосфора слоистая, состоящая из гофрированных слоев (рис.3). Черный фосфор - это наименее активная модификация фосфора. При нагревании без доступа воздуха он, как и красный, переходит в пар, из которого конденсируется в белый фосфор.

    6. Оксид фосфора (V)

    Фосфор образует несколько оксидов. Важнейшим из них является оксид фосфора (V) P4O10 (Рис.4). Часто его формулу пишут в упрощенном виде - P2O5. В структуре этого оксида сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

    P2+5O5 Фосфорный ангидрид (оксид фосфора (V))
    Белые кристаллы, t 0 пл.= 570 0 С, t 0 кип.= 600 0 C, = 2,7 г/см 3 . Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P4H10, очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).
    Получение
    4P + 5O2 2P2O5

    7. Химические свойства

    1) P2O5 + H2O 2HPO3 (метафосфорная кислота)

    2) P2O5 + 3BaO Ba3(PO4)2

    В зависимости от избытка щелочи образует средние и кислые соли:

    гидрофосфат натрия

    Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратирующего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием ее ангидрида:

    Ортофосфорная кислота. Известно несколько кислот, содержащих фосфор. Важнейшая из них -- ортофосфорная кислота Н3РО4 (Рис.5).

    Безводная ортофосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42,35 0 С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

    Ортофосфорной кислоте соответствует следующая структурная формула:

    В лаборатории ортофосфорную кислоту получают окислением фосфора 30%-ной азотной кислотой:

    В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим.

    1. В основе экстракционного метода лежит обработка измельченных природных фосфатов серной кислотой:

    Ортофосфорная кислота затем отфильтровывается и концентрируется упариванием.

    2. Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием до Р 4 О 10 и растворением последнего в воде. Производимая по данному методу ортофосфорная кислота характеризуется более высокой чистотой и повышенной концентрацией (до 80% массовых).

    Физические свойства. Ортофосфорная кислота -- твердое, бесцветное, кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

    Химические свойства ортофосфорной кислоты представлены в табл.2:

    Химические свойства ортофосфорной кислоты

    Общие с другими кислотами

    1. Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов. Диссоциация происходит ступенчато:

    Легче всего идет диссоциация по первой ступени и труднее всего - по третьей

    2. Реагирует с металлами, расположенными в вытеснительном ряду до водорода:

    3. Реагирует с основными оксидами:

    4. Реагирует с основаниями и аммиаком; если кислота взята в избытке, то образуются кислые соли:

    гидрофосфат натрия

    дигидрофосфат натрия

    5. Реагирует с солями слабых кислот:

    1. При нагревании постепенно превращается в метафосфорную кислоту:

    двуфосфорная

    2. При действии раствора нитрата серебра (I) появляется желтый осадок:

    3. Ортофосфорная кислота играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений. Ее остатки входят в состав аденозинтрифосфорной кислоты АТФ.

    При разложении АТФ выделяется большое количество энергии.

    Ортофосфаты. Ортофосфорная кислота образует три ряда солей. Если обозначить атомы металлов буквами Me, то можно изобразить в общем виде состав ее солей (табл.3).

    Фосфор относится к структурным (тканеобразующим) макроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет около 700 г.
    Большая часть фосфора (85-90%) находится в костях и зубах, остальное – в мягких тканях и жидкостях. Около 70% общего фосфора в плазме крови входит в органические фосфолипиды, около 30% - представлено неорганическими соединениями (10% соединения с белком, 5% комплексы с кальцием или магнием, остальное – анионы ортофосфата).

    Биологическая роль фосфора

    • фосфор входит в состав многих веществ организма (фосфолипиды, фосфопротеиды, нуклеотиды, коферменты, ферменты и пр.)
    • фосфолипиды являются основным компонентом мембран всех клеток в организме человека
    • в костях фосфор находится в виде гидроксилапатита, в зубах в виде фторапатит, выполняя структурную функцию
    • остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидов, а также в состав аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и креатинфосфата – важнейшие аккумуляторы и переносчики энергии
    • остатки фосфорной кислоты входят в состав буферной системы крови, регулируя ее значение рН

    Какие продукты содержат фосфор

    Наиболее важными источниками фосфора являются продукты с высоким содержанием белка (мясо, молоко, яйца и злаковые – составляют 60% всего потребляемого фосфора, еще 20% это злаковые и бобовые; 10% – фрукты и соки, 7% - напитки). Также важным источником фосфора является рыба. Следует отметить, что усвояемость фосфора из зерновых продуктов невысока в связи с большим содержанием фитиновых соединений.

    Дефицит фосфора

    Причины дефицита фосфора

    • период активного роста детей
    • у женщин в период лактации (ежедневно с молоком выводится до 160 мг фосфора)
    • недостаточное поступление с пищевыми продуктами (малое потребление белка)
    • избыток соединений магния, кальция, алюминия
    • различные хронические заболевания
    • наркомания, алкоголизм
    • болезни почек, щитовидной и паращитовидных желез
    • искусственное вскармливание детей

    Последствия дефицита фосфора

    • снижение внимания, слабость, повышенная утомляемость
    • остеопороз, боли в мышцах
    • нарушения функции печени
    • угнетение иммунитета, иммунодефицитные состояния
    • дистрофические изменения в миокарде
    • кровоизлияния на коже и слизистых оболочках

    Избыток фосфора

    Встречается редко - важно соблюдение оптимального соотношения фосфора с кальцием (1:1).
    Чрезмерное количество фосфора особо опасно для детей в первые месяцы жизни, что может привести к нефропатии.

    Читайте также: