Реферат на тему железо в нашей жизни по химии

Обновлено: 05.07.2024

В самом начале хотелось бы сказать, что тема выбрана не случайно. Столкнувшись с такой неприятной ситуацией, как недостаток железа в крови на собственном опыте, я захотела обратить внимание на эту острую проблему большого числа женщин по всему земному шару. По данным ВОЗ, каждый 5-й человек на планете испытывает дефицит железа, 30 процентов населения развивающихся стран (к коим можно, без сомнения, отнести и наш регион) страдает железодефицитной анемией.

Содержание

Вложенные файлы: 1 файл

железо1.docx

Роль железа в жизнедеятельности организма огромна. Нет в организме ни одного органа, ни одной ткани, способной функционировать без его участия. Этот важный элемент является составной частью гемоглобина, доставляющего кислород к каждой клетке тела. Поэтому при нехватке железа страдает весь организм.

Что надо знать о железе

Железо – это важнейший микроэлемент, принимающий участие в кроветворении, дыхании, окислительно- восстановительных реакциях и иммунобиологических процессах. Чрезвычайно важная роль железа в организме человека определяется тем, что железо входит в состав крови и более чем сотни ферментов.

Присутствуя в другом белке – миоглобине, – железо служит для создания кислородного запаса в организме. Благодаря наличию этих запасов можно, к примеру, нырнуть в воду и в течение какого-то времени не дышать, используя собственные запасы кислорода, накопленные благодаря железу миоглобина.

Железо входит в структуру цитохромов, которые участвуют в процессах накопления энергии, выделяющейся во время заключительных этапов биологического окисления.

Взрослый человеческий организм содержит примерно 4 грамма железа. Более половины этой массы, около 2,5 граммов, приходится на гемоглобин. Некоторое количество железа хранится в человеческом организме в селезенке, печени, а также в костном мозге.

в продуктах животного происхождения (например, в мясе);
в продуктах растительного происхождения (в зернах, фруктах и овощах);
витамин С помогает организму усвоить железо. Он содержится в овощах и фруктах и их соках, поэтому рекомендуется активно включать их во время потребления "железных" продуктов.

А вот сухофрукты, хотя и считаются источниками железа, не содержат его в большом количестве. Из "живых" фруктов организм "впитывает" всего-то около 15 процентов железа, из сухофруктов - и того меньше.

Всасывается железо в 12-перстной и тонкой кишке. Вы заблуждаетесь, если думаете, что чем больше едите, тем больше железа попадает в ваш организм. Есть надо понемногу, т.к. за один прием пищи у мужчин всасывается 1,3-1,5 мг, а у женщин, несмотря на большую потребность в "металле" (во время месячных женщины теряют 0,5-0,7 мг в сутки), только 0,3 мг.

Как и все остальное, железо покидает нас ежедневно в туалетных комнатах, а также с потом и "умершим" эпителием (поверхностным слоем кожи). Независимо от пола в течение суток мы в итоге теряем около 1 мг железа. При беременности потребность в нем резко возрастает, женщине необходимо 2,5-3,5 мг в сутки.

Замечено, что железодефицит встречается гораздо чаще, чем малое содержание других микроэлементов или витаминов. Иногда причиной нехватки железа становится длительное незаживающее кровотечение. В этом случае почти всегда назначаются железосодержащие лекарственные препараты. В большинстве случаев нехватка железа возникает из-за неправильного питания. Часто железодефицит наблюдается у женщин во время беременности. Развивающийся плод всё время требует много железа, а получает только из материнского организма. У девушки-подростка с началом менструаций возрастает вероятность возникновения железодефицитной анемии, которая усугубляется, если девушка не употребляет в пищу животного мяса.

Нервная система тоже очень страдает от нехватки железа. Вы начинаете нервничать без причины. Тревоги бывают настолько сильными, что у вас даже начинается лихорадка. Сон становится беспокойным. Человека начинают мучить кошмары, потому как тревоги берут верх над сознанием.

Нехватка железа связана с чрезмерным употреблением алкоголя и табака. Алкоголь вымывает все запасы не только железа, но и остальных важных микро- и макроэлементов. Но учтите, что при сдаче анализов нужно обязательно сказать врачу о том, что вы выпиваете или курите. С курением дела обстоят сложно. У курильщиков гемоглобин всегда в норме. Он сам по себе повышается благодаря никотину, который автоматически восполняет кислородное голодание.

При катастрофической нехватки железа появляются ярко выраженные симптомы анемии – деформация ногтевых пластин, когда ногти становятся вогнутыми и тонкими (койлонихия), бледность, физическая слабость как результат уменьшения мышечной силы. Другие симптомы нехватки железа в кратком перечислении таковы:

атрофия кожи;
шершавость и сухость кожи;
болезненные трещины в уголках рта и трещины на коже пяток;
ломкость, сухость волос и их интенсивное выпадение;
сухость ротовой полости, доходящая до того, что пища с трудом продвигается по пищеводу;
частые простуды.

Как узнать о недостатке железа

На сегодняшний день трудностей с определением количества гемоглобина нет, разве только нежелание узнать причину появления выше перечисленных симптомов. Надо лишь обратиться в поликлинику по месту жительства, и ваш участковый терапевт назначит вам "кровь из пальца" (клинический анализ крови), далее при необходимости сделают еще ряд анализов, в том числе и определят количество железа. Что касается длительности выполнения анализа, отметим лишь, что во многих ЛПУ города уже давно установлены экспресс-анализаторы гемоглобина, этот портативный прибор позволяет оперативно и предельно точно измерять гемоглобин. Результаты считывают через 45-60 сек в г/л. В норме у мужчин должны быть цифры в пределах 130-160 г/л, у женщин - 120-150 г/л. Далее если результаты эскулапа не удовлетворят или возникнут сложности с диагностикой, возможно, вы отправитесь на консультацию к гематологу.

Чаще всего причиной снижения гемоглобина становятся кровопотери, обильные менструации у женщин, нерациональное питание, различные хронические заболевания, в том числе и заболевания желудочно- кишечного тракта. Анемии бывают разными, но самая распространенная (до 90 процентов) - железодефицитная анемия. Если говорить о железодефицитной анемии, можно сказать, что этот вид анемии обычно достаточно легко поддается коррекции. Справедливости ради надо заметить, что скорректировать уровень гемоглобина только диетой нельзя. Дело в том, что из продуктов питания наш организм может усвоить не более двух миллиграммов железа в сутки. Вот в качестве профилактики железодефицитной анемии можно рекомендовать употребление продуктов питания с высоким содержанием железа.

Заниматься самолечением я бы тоже не рекомендовала, хотя диапазон между терапевтической и токсической дозой препаратов железа велик, все же во избежание негативных эффектов лечение железодефицитных состояний нужно проводить только под контролем врача.

Где искать железо?

Не лишним будет напомнить, что назначение минеральной воды производится лечащим врачом индивидуально для каждого пациента, в зависимости от тяжести состояния и сопутствующих заболеваний. А что до профилактики, помните, гематологи рекомендуют в течение года съедать минимум 70 кг мяса (а не сосисок и колбас).

Что касается биологически активных добавок, целесообразность их применения с целью восполнения недостающих микроэлементов, в том числе и железа, уже давно никто не оспаривает. Тем не менее не забывайте о том, что, несмотря на экономию времени и денег, а также простоту в употреблении различного рода "драже жизни", эти "чудо-пилюли" все равно не смогут вам заменить натуральные продукты, без разницы будут они растительного или животного происхождения.

Если оценивать по содержанию в 100 граммах продукта, то много железа – более 3 миллиграммов, – содержится в говяжьей и свиной печени, в говяжьем языке, в кроличьем мясе и в мясе индейки, а также в овсяной и гречневой крупах, в фасоли. Во фруктово-ягодных культурах – в персиках и чернике.

А вот в каких продуктах содержится железо в относительно больших количествах, от 2 до 3 миллиграммов на 100 граммов продукта – в мясе домашней птицы и в говяжьем мясе, в мясе горбуши и скумбрии, в куриных яйцах, в манной крупе, в плодах груш, в яблоках, абрикосах и сливе.

Мало содержится железа, к примеру, в хлебе, выпеченном из муки высшего сорта, в картофеле, в молочных продуктах, в цитрусовых – мандаринах, апельсинах и лимонах.

Лучше всего готовить пищу в русской печке, но ее может заменить аэрогриль, который готовит по тому же принципу. Блюдо равномерно прогревается со всех сторон, при этом - без лишней воды и масла, что позволяет лучше сохранить полезные свойства продуктов. Все это делает пищу вкусной и полезной, она хорошо усваивается организмом, поставляя максимум необходимых элементов. Не только овощи, но и мясо, приготовленное в аэрогриле, соответствует рекомендациям диетологов и помогает нормализации гемоглобина.

Постарайтесь не употреблять кофе и чай. Дело в том, что лекарства с железом нужно пить дней 10-14. За этот срок можно воздержаться от вредных привычек и от тяжелых бодрящих напитков. Заодно очистится организм.

Если вы принимаете и другие микро- и макроэлементы (магний, калий, кальций), не стоит пить сразу же все лекарства. Этим вы не сделаете лучше, полагая, что сейчас ваш организм получит двойную дозу и вылечится намного быстрее. Употребляйте железо вечером, а другие витамины в течение дня. Железо должно усвоиться, поэтому и времени ему потребуется больше.

После приема препаратов с железом не стоит употреблять молочные продукты, потому что они мешают железу усвоиться. Если вам очень хочется молочных продуктов — кушайте их спустя два часа после приема железа.

Железо – один из самых важных металлов. В таблице Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связанна история цивилизации. В древности у некоторых народов железо ценилось даже дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из этого металла, причём нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготовляли даже обручальные кольца.

По мере развития металлургии этот металл становился доступнее и нужнее. Тем не менее, ещё сравнительно недавно многие отсталые народы не имели о железе ни малейшего представления.

Первое железо, попавшее ещё в глубокой древности в руки человека, было, по-видимому, не земного, а космического происхождения. Этот металл входит в состав метеоритов, падающих на нашу планету. Метеорное вещество выпадает ежегодно тысячами тонн на Землю, и содержит до 90% железа. Самый крупный железный метеорит найден в 1920 году в юго-западной части Африки. Он весит около 60 тонн.

Железо содержится в морской воде и на дне океанов. Если извлечь всё железо, растворённое в воде, то его придется 35 тонн на каждого жителя планеты, причём за всё существование человечества произведено около 6 тонн на каждого человека. Железо образуется на дне океанов в виде железомарганцевых отложений. Они находятся в глубоких океанских впадинах, в мелких водах, заливах, морях, и даже озёрах. В центре этих образований обычно располагается какой-либо предмет, например зуб акулы, а вокруг него образуется железо путём нарастания концентрированных колец осадков.

Без железа невозможна жизнь животных, растений и человека. Оно содержится в живых организмах, и без него не осуществимы жизненно важные процессы, без протекания которых всё живое обречено на гибель.

В растительном мире роль железа очень важна. За исключением железобактерий, все живые организмы – от растений до человека - связывают вдыхаемый кислород в сложные соединения. В центре их молекул находится атом металла. Для растений – это атом магния, для животных – атом железа. Железо необходимо для образования хлорофилла, который обуславливает усвоение растениями углекислоты при помощи поглощаемой ими энергии солнечного света. Хотя железо не входит в состав хлорофилла, без него этот пигмент не образуется.

Недостаток железа в почве вызывает железное голодание растений и заболевание – хлороз. Наиболее чувствительны к недостатку железа плодовые деревья – яблоня, груша, слива, персик, цитрусовые, а так же малина и виноград. Применение комплексных препаратов, содержащих железо, помогло увеличить урожай яблок и других культур.

В конце XIX века немецкий учёный Лидге опубликовал исследование о зависимости произрастания различных пород деревьев от содержания в почве различных минералов. Он заметил, что в Прирейнских провинциях залежи железа покрыты преимущественно берёзовым лесом, тогда как в окрестности их, не имеющих железных руд, растут дуб, бук и другие породы деревьев. Учёный установил зависимость роста известных пород деревьев от наличия тех или иных минеральных солей в почве. Благодаря этому было открыто месторождение меди в центре Казахстана.

Железо и его свойства

Железо Fe – элемент побочной подгруппы VIII группы и 4-го периода Периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер этого элемента – 26,а массовое число равно 56,847. Атомы железа устроены несколько отличительно от атомов главных подгрупп: он имеет 4 энергетических уровня, но заполняется у них не последний, а предпоследний, третий от ядра, уровень. На последнем уровне атомы железа содержат два электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находятся 14. Следовательно, распределение электронов по уровням в атомах железа таково: 2е, 8е, 14е, 2е.

Ценным его свойством является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами. При химических взаимодействиях атом железа может отдать не только два электрона последнего уровня, но и электрон предпоследнего. Таким образом, основными степенями окисления атома железа могут быть +2 и +3.

Если рассматривать железо как простое вещество, то это серебристо-белый блестящий металл с температурой плавления 1539 °С. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, кусается, прокатывается и штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, ему можно подарить прочность и твёрдость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

При химическом взаимодействии атом железа будет образовывать два ряда соединений, так как он может проявлять две различные степени окисления. Число электронов, которое атом железа отдаёт при химических взаимодействиях, зависит от окислительной способности реагирующих с ним веществ. Например, в реакциях с галогенами железо образует галогеноиды, в которых оно имеет степень окисления +3:

2Fe + 3CI2 = 2FeCI3

а с серой – сульфид железа (II):

Раскалённое железо сгорает в кислороде с образованием железной окалины:

3Fe + 2O2 = Fe3O4

При высокой температуре (700 - 900°С) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑

В соответствии с положением железа в электрохимическом ряду напряжений оно может вытеснять металлы, стоящие правее него, из водных растворов их солей, например:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

В разбавленной соляной и серной кислотах железо растворяется, т. е. окисляется ионами водорода:

Fe + 2HCI = FeCI2 + H2↑

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

Растворяется железо и в разбавленной азотной кислоте, при этом образуются нитрат железа (III), вода и продукт восстановления азотной кислоты – N2 ,NO или NH3(NH4NO3) в зависимости от концентрации кислоты.

Сплавы железа

В природе чистое железо не существует. Оно входит в состав ряда минералов. К ним относятся магнитный железняк (магнетит) Fe3O4, красный железняк (гематит) Fe2O3, бурый железняк (лимонит) 2Fe2O3*3H2O. Все эти минералы используются в чёрной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун – это сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4% углерода, а так же марганец, кремний, фосфор, и серу. Чугун Значительно твёрже железа, но обычно он очень хрупкий, не куётся, а при ударе разбивается. Различают два вида чугуна, к которым относятся серый и белый сплавы.

Серый чугун содержит 1,7-4,3% углерода, 1,25-4,0% кремния и до 1,5% марганца. Это сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Углерод находится в этом сплаве в свободном состоянии и придаёт ему мягкость. Серый чугун используется для производства литых деталей.

Белый чугун содержит в себе 1,7-4,3% углерода, более 4% марганца, но очень мало кремния. Углерод в этом сплаве содержится в основном в виде цементита – карбида железа Fe3Cl, который твердость и хрупкость. Белый чугун используется для переработке стали.

Сталь – сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие, средние и твёрдые, причём, чем больше в сплаве углерода, тем она твёрже. Из мягкой и средней твёрдости сталей делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твёрдой – различные инструменты.

Легированная сталь – это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены ещё специальные добавки, такие как хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др. Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Такие стали применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твёрдые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах и служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Чугун и сталь – более прочные материалы, чем само железо. Эти сплавы – основа развития техники и важнейший материал искусства.

Существует ещё одно природное соединение железа – железный, или серный, колчедан (пирит) FeS2. Он не служит железной рудой для получения металла, но применяется для производства серной кислоты.

Соединения железа

Как уже было сказано выше, для железа характерны два ряда соединений: соединения железа(II) и железа(III).

Оксид железа(II) FeO и соответствующий ему гидроксид железа(II) Fe(OH)2 получают косвенно, в частности по следующей цепи превращений:

Fe → FeCI2 → Fe(OH)2 → FeO

Оба соединения имеют ярко выраженные основные свойства.

Катионы железа(II) Fe2+ легко окисляются кислородом воздуха или другими окислителями до катионов железа(III) Fe3+. Поэтому белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)2 на воздухе сначала приобретает зелёную окраску, а затем становится бурым, превращаясь в гидроксид железа(III) Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3

Оксид железа(III) Fe2O3 и соответствующий ему гидроксид железа(III) Fe(OH)3 также получают косвенно, например по цепочке:

Fe → FeCI3 → Fe(OH)3 → Fe2O3

Из солей железа наибольшее техническое значение имеют сульфиды и хлориды.

Кристаллогидрат сульфата железа(II) FeSO*7H2O, известный под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.

Хлорид железа(III) FeCI3 используют в качестве протравы при крашении тканей.

Сульфат железа(III) Fe2(SO4)3*9H2O применяется при очистке воды и в других целях. Для распознавания соединений железа(II) и (III) проводят качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+ . Такой реакцией служит реакция солей железа с соединением K3(Fe(CN)6) , называемым красной кровяной солью. В растворе она диссоциирует:

K3(Fe(CN)6) = 3K + + (Fe(CN)6) 3-

Реактивом на ионы является другое комплексное соединение – желтая кровяная соль – K4(Fe(CN)6), которая в растворе диссоциирует аналогично:

K4(Fe(CN)6) = 4K + + (Fe(CN)6) 4-

Если к растворам, содержащим ионы Fe 2+ или Fe 3+ , прилить, соответственно, растворы красной кровяной соли (реактив на Fe 2+ ) и желтой кровяной соли (реактив на Fe 3+ ), то в обоих случаях выпадает одинаковый синий осадок:

Для обнаружения ионов Fe 3= ещё используют взаимодействие солей железа(III) с роданидом калия KNCS или аммония NH₄ NCS. При этом образуется ярко окрашенный ион FeNCS 2+ , в результате чего весь раствор приобретает интенсивно-красный цвет:

Fe 3+ + NCS ↔ FeNCS 2+

Роль железа в организме человека и других живых организмов очень велика. Оно входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кослорода от органов дыхания к другим органам и биологическим тканям.

Впервые железо в организме человека учёные обнаружили в XIII веке.

Биологическая роль железа

Для нормального роста и выполнения биологических функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на две класса. Один из них – макроэлементы, а другой – микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют независимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, то есть, сопоставима с потребностью в витаминах.

Известно, что в пище животных обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов, большинство из которых выполняет, по меньшей мере, какую-нибудь одну из трёх возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению к той или иной химической реакции, скорость которой значительно возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс одновременно с активным центром фермента, в результате чего происходит их сближение и переход в активную форму. И, в-третьих, ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на определённой стадии.

Железо относится к тем микроэлементам, биологические функции которых изучены наиболее полно. Значение железа для организма человека трудно переоценить. Подтверждением этому может быть не только большая его распространенность в природе, но и важная роль в сложных процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа определяется многократностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное функционирование тканей и организма человека.

Дефицит железа в организме человека

В истории медицины известен такой печальный случай. Один студент-химик решил подарить своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа собственной крови. Выпуская время от времени кровь, он получал соединение, из которого химическим путём он выделял железо. Юноша погиб от наступившего малокровия. Он так и не собрал нужного количества железа для изготовления кольца. Бедняга не знал, что общее содержание железа в крови взрослого человека составляет в среднем 3-4 грамма, чего хватит разве что на два сапожных гвоздика

При нехватке железа в организме человека возникает его дефицит. В общем виде дефицит железа развивается при нарушении баланса между поступлением и потерями железа из организма. Его выделение ограничено.

Общее содержание железа в пище и его усвоение, зависящее преимущественно от соотношения продуктов животного и растительного происхождения, веществ, уступающих или тормозящих всасывание, определяет поступление железа в организм. Потребности в железе определяются его затратами. Оно выделяется с кровью, отшелушивающимися клетками кожи и при неправильной работе кишечного тракта. Большое количество железа надо употреблять беременным женщинам и детям, в связи с их ростом.

Итак, основными причинами дефицита железа могут быть:

Различные по объёму кровопотери, недостаточное поступление и усвоение железа из пищи, его повышенные затраты при занятиях физической культурой, интенсивном росте и беременности. Определенную роль в происхождении обеднения организма железом могут играть нарушения пищеварения в связи с заболеваниями желудка и кишечника. Некоторые инфекционно-воспалительные заболевания могут привести к перераспределению железа в организме, но истинного дефицита в этих случаях не наблюдается. То же самое можно сказать и об опухолях различных организмов и систем.

ЖЕЛЕЗО – ЭЛЕМЕНТ ЖИЗНИ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Я выбрала именно эту тему для своей научной работы, потому что железо было известно много тысяч лет назад, и до сих пор этот металл широко используется в технике. Этот металл очень важен, и ценен не только для техники, но и для жизнедеятельности живых организмов.

Целью моей работы является изучение роли железа в жизни.

Данная цель реализуется при решении следующих задач:

исследование роли железа в живых организмах;

определение наличия железа в некоторых продуктах питания, в воде;

составление оптимального ежедневного меню, препятствующего развитию анемии.

Для осуществления поставленной цели и задач мною изучена литература по данной тематике. Литература обширна, трудностей в ходе исследования не возникает. Теоретические знания подтверждены практическими исследованиями (химическим экспериментом).

Объект исследования: химия.

Предмет исследования: железо, значение и применение.

Методы исследования: эксперимент

1. Роль железа в жизни живых организмов.

Ещё в 1707г. французский химик Луи Лемери (младший) обнаружил железо в золе сожжённых трав. Впоследствии выяснилось, что этот элемент входит в состав всех растений, так как он совершенно необходим для образования хлорофилла. Железо содержится в дыхательных ферментах и в значительной степени влияет на интенсивность дыхания растений. Любопытно, что только морской планктон потребляет в год полмиллиарда тонн железа, то есть почти столько, сколько производят его ежегодно все металлургические заводы нашей планеты.(2)

2. Распределение железа в организме.

В организме железо распределяется следующим образом:

Железо гемоглобина 1,5 - 3,0 г (1500-3000 мг)

Резервное железо (депо) 0,5 - 1,5 г (500-1500 мг)

Железо миоглобина, ферментов 0,5 г (500 мг)

Транспортное железо 0,003 - 0,004 г (3-4 мг)

Сывороточное железо (транспортное, железо плазмы, циркулирующее) составляет в среднем 10-27 мкмоль/л, а общее его количество в организме около 3-4 мг. представляет собой пластический субстрат, непрерывно поступающий в костный мозг для синтеза гемоглобина, в ткани для клеточного дыхания, в органы депо для пополнения запасов. По уровню СЖ можно судить о дефиците или насыщенности организма железом, о функциональной способности кроветворения, о состоянии депо железа.

Резервное железо. В нормальных условиях запасы железа составляют в среднем 1г (1000 мг) и представляют собой соединения железа с белками, которые откладываются в основном в печени, селезенке и костном мозге:

Ферритин - комплекс из трехвалентного железа и протеина апоферритина.

Гемосидерин - также комплекс железа и апоферритина, но с большим содержанием железа и меньшим белка, в результате чего соединение становится нерастворимым.

Функциональное назначение резервного железа заключается в поддержании на постоянном уровне концентрации сывороточного железа. При необходимости оно в виде ферритина быстро высвобождается из депо, связывается с трансферрином и поступает в костный мозг.

Трансферрин: относится к b-глобулинам сыворотки и единственный обладает способностью транспортировать железо. Благодаря трансферрину железо непрерывно высвобождается из органов-депо и снова депонируется в них. Количественные вариации трансферрина в нормальных условиях зависят от степени насыщения организма железом, главным образом от насыщения депо. Они совершенно независимы от колебаний других белковых фракций сыворотки. При насыщении трансферрина железом менее чем на 15% образование эритроцитов в костном мозге снижается. Образующиеся в таких условиях красные кровяные клетки имеют небольшие размеры (микроцитоз) и меньшее содержание пигмента (гипохромия).(1)

4. Лечение и профилактика железодефицитной анемии. Лечение железодефицитной анемии основывается на применении препаратов железа и рациональном питании. Лечение легких форм анемии проводится амбулаторно, среднетяжелой и тяжелой форм в стационаре (возможно в условиях дневного стационара). Поскольку всасывание железа из пищевых продуктов ограничено, основу лечения должны составлять препараты железа.

Для профилактики дефицита железа в организме необходимо придерживаться определенной диеты, употреблять в пищу продукты, богатые содержанием железа: суточная потребность в железе составляет 35-39мг. Поэтому оптимальным может служить следующее меню, компенсирующее ежедневную потребность организма человека в железе:

- 50г морской капусты, там еще к тому же и очень нужный йод (8мг);- 100г кураги с чаем вместо конфет и плюшек (11мг);- 50г петрушки в салат из огурцов и помидоров, а также укропа (4мг);- 100г гречка на гарнир в обед или 100г сырой свеклы между приемами пищи (7мг);- 100-200г или язык говяжий, или мясо индейки или телятина (4-8мг).(1)

5. Практическая часть

Опыт 1. Определение содержания железа в продуктах питания.

Железо находится в пище в виде ионов Fe 2+ и Fe 3+ . Метод, положенный в основу данного исследования, основан на реакции взаимодействия ионов железа (III) с ионом SCN - , приводящей к появлению ярко- красной окраски:

Fe 3+ (водн.) + SCN - (водн.) → Fe (SCN) 2+ (водн.) (6)

Положили в отдельные фарфоровые тигли по 2,5 г исследуемого образца.

Поставили тигель на штатив и, не закрывая его, начнем прокаливание тигля на горелке. Прокаливание продолжаем до превращения образца в золу серовато- белого цвета.

Даем тиглю остыть. Переносим всю золу в стакан ёмкостью 50 мл. Добавляем в стакан 10 мл. 2MHCl и интенсивно перемешаем в течение 1 мин. Затем добавляем 5 мл дистиллированной воды.

Отфильтровали смесь и собрали 5 мл фильтрата в пробирку.

Я исследовала образцы следующих пищевых продуктов: печень говяжья (сырая), мука гречневая, мука рисовая, морская капуста, курага, яичный желток . Полученные при проведении исследований результаты помещены в таблицу.

Среди самых актуальных категорий в системе ценностей общества лидирующую позицию в настоящее время занимает вопрос сохранения и укрепления здоровья человека.

Организм человека – это сложная химическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без взаимосвязи с окружающей средой. От того, какая будет окружающая среда, что будет из неё попадать в организм человека с воздухом, водой, пищей, во многом будет зависеть здоровье человека.

Совсем недавно научная мысль была взволнована проблемой нехватки железа не только в окружающей среде, но и в организме человека. Ибо без железа не может обойтись ничто живое, так как без него невозможны дыхание, образование крови, а значит и сама жизнь.

Сегодня человечество, выкачивая железо из земных недр, всё больше окружая себя механизмами, металлическими бытовыми изделиями, создавая огромные индустриальные центры, тем самым, выдвигает новую, не менее важную проблему. Железо уже не недостаток, а явный избыток и к тому же опасный загрязнитель окружающей среды, способный накапливаться в живых организмах и, следовательно, в пищевых продуктах, в концентрациях гораздо превышающих ПДК, вызывая различные заболевания.

Поэтому цель данной работы: изучить влияние железа на организм человека.

Задачи:

1. Изучить историю открытия железа, его источники и применение.

2. Раскрыть двойственную роль железа в организме.

3. Выявить содержание железа в организме с помощью теста М. Хамма, А. Россмайера.

Объект исследования: железо как химический элемент.

Предмет изучения: биологическая роль железа.

Методы исследования:

1) теоретические (анализ научной литературы по теме исследования);

2) эмпирические (тестирование);

3) статистические (количественная и качественная обработка данных).

История открытия, источники железа

Раньше железо называли по имени планеты Марс, которая имеет красноватый цвет и у древних римлян символизировала бога войны Марса.

Веками люди, не умея объяснять многие явления природы, верили в божественное происхождение метеоритов. У североамериканских индейцев существует предание, будто когда-то к их предкам сошёл огненный бог. Происхождение легенды стало ясно в конце прошлого века, когда в штате Аризона (США) был обнаружен большой кратер, а вблизи него найдено 20 т метеоритных обломков. Основной кусок этого железного метеорита углубился в рыхлую землю на несколько сот метров. Учёные обнаружили на поверхности следы деятельности человека. Вероятно, от него отрубали куски металла для различных поделок.

Громадный железный метеорит упал 12 февраля 1947 г. в дальневосточной тайге в горах Сихоте – Алинского хребта. Он распался ещё в воздухе на тысячи мелких осколков.

От всех падающих метеоритов, на долю приходится лишь 5,7 %. Поэтому железо не могло иметь большого практического значения.

Биомасса Земли, содержащая до 10 млрд. т железа, является важным фактором миграции и перераспределения элемента в природе. В результате выветривания и частичного растворения горных пород в природных водах концентрация железа в них колеблется от 0,01 до 26,0 мг/л. В подземных водах преобладают соединения железа (II) Fe(HCO₃₎₂, FeSO₄. Эти соединения устойчивы в присутствии углекислого газа и в отсутствии кислорода. При выходе подземных вод на поверхность ионы Fe 2+ окисляются до Fe 3+ . Соли железа (III) гидролизуются до труднорастворимого Fe(OH)₃, поэтому концентрация ионов железа в поверхностных водах, как правило, не превышает 1 мг/л.

Многие составные части пищевых цепей интенсивно накапливают железо. Активно аккумулирует его водная флора: сине-зеленые водоросли, тростник, хвощ и др. Бактерии, являющиеся кормом малощетинковых червей, также концентрируют железо. Далее осуществляется передача его по трофическим цепям к более высокоорганизованным существам. Интенсивная деятельность железобактерий приводит к тому, что железо в водоемах не рассеивается, а окисляется и концентрируется в донных отложениях.

Концентрация ионов железа, как в почвах, так и в природных водах значительно повышается за счёт антропогенных источников поступления в окружающую среду (сброс сточных вод химического, металлургического, машиностроительного, металлообрабатывающего, химико-фармацевтического, лакокрасочного, текстильного производств). Локальной техногенной аномалией является зона металлургических комбинатов, в твёрдых выбросах которых содержится от 22 000 до 31 000 мг/кг железа. В почву, прилегающую к комбинату, поступает до 31-42 мг/кг железа. Концентрация железа в травильных водах чёрных металлов достигает 5 000-7 000 мг/л [4].

Применение железа

Сначала железо ценили дороже золота, так как использовали только метеоритное железо, которое встречалось слишком редко. Оно шло главным образом на изготовление украшений. Его дарили победителям военно-спортивных соревнований. Первые способы выделения железа из руд были примитивны и трудоёмки, поэтому железа едва хватало на оружие и орудия труда.

Невозможно перечислить все предметы, на изготовление которых идёт этот металл. Чем объясняется такое широкое использование его? Наверное, тем, что его относительно много на земле и добыча руд, выделение из них железа, а также его обработка в настоящее время не так сложны, как получение и обработка других металлов.

Количество % по массе

В лабораторных условиях чистое железо применяют для различных химических и электрохимических исследований в виде пластинок и электродов. Технически чистое железо – материал для сердечников электромагнитов, пластин аккумуляторов.

Оксиды и гидроксиды железа (II) и (III) применяют в качестве пигментов. Природный дисульфид железа FeS₂ является сырьём в производстве серной кислоты, серы, железа. Нитрат железа (III) используют как протраву при крашении хлопчатобумажных тканей и как утяжелитель шёлка. Сульфат железа (III) применяется в качестве коагулянта при очистке воды, для травления алюминия, меди и других металлов, при гидрометаллургическом извлечении меди. Хлорид железа (II) используют для получения хлорида железа (III), который служит коагулянтом при очистке воды, протравой при крашении тканей, катализатором в органическом синтезе, а также для получения других солей железа и железных пигментов [6].

Биологическая роль железа

В наши дни Марциальные Воды – известный бальнеологический и грязевый курорт [2].

Железо является существенной и жизненно необходимой частью животной и растительной протоплазмы по преимуществу в виде органического железа. Из тканей организма богаче всего содержанием железа кровь, где оно входит в состав гемоглобина. В биологических системах железо связано с органическими веществами. В миоглобине и гемоглобине встроены ионы Fе 2+ , в каталазах и оксидазах (ферментах) – Fе 3+ . В цитохромах железо поочерёдно переходит из одного валентного состояния в другое:

Гемоглобин – красный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема). На одну молекулу глобина приходится 4 гема, а каждый гем содержит 1 атом железа. Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам. Степень окисления иона железа не изменяется при соединении комплекса с кислородом, при этом образуется оксигемоглобин.

Миоглобин – глобулярный белок, запасающий кислород в мышцах позвоночных животных и человека. На одну молекулу белка приходится один гем, содержащий один атом железа. Наиболее богаты миоглобином мышцы морских животных, способных длительно находиться под водой.

Цитохромы(дыхательные ферменты) – сложные белки, осуществляющие в живых клетках перенос электронов и водорода (в результате обратимого изменения валентности атома железа в геме) от окисляемых органических веществ к молекулярному кислороду. При этом образуется богатое энергией соединение АТФ – аденозинтрифосфат. Процесс окисления с помощью цитохромов даёт побочный продукт, в больших концентрациях губительный для всего живого, - пероксид водорода. Будучи сильным окислителем, пероксид водорода может вызвать распад эритроцитов. Главный защитник от столь опасного агента в организме – известный фермент каталаза. Её молекула состоит из четырех субъединиц (наподобие гемоглобина!), каждая из которых содержит гем, связанный с полипептидной белковой цепью, где работают четыре атома железа.

Ещё один железосодержащий фермент участвует в разложении пероксида водорода - это пероксидаза, которая есть в слюне, соке поджелудочной железы, печени и почках, лейкоцитах, некоторых растительных тканях. В молекуле пероксидазы в отличие от каталазы лишь один атом железа. Пероксидаза участвует в образовании многих пигментов живого организма. Полагают, что она, как и каталаза, играет определённую роль в процессах роста – возможно, и злокачественного. Потому с железосодержащими ферментами связывают надежды на получение эффективных противораковых препаратов.

Общее содержание железа в организме взрослого человека колеблется от 4 до 7г. Большую часть его составляет железо, входящее в состав белков, обеспечивающих перенос кислорода тканям и ряд ферментативных реакций, а меньшую – тканевые резервы внутренних органов. С возрастом содержание железа в тканях увеличивается. Всосавшееся в желудочно-кишечном тракте железо транспортируется кровью к тканям с помощью белка трансферрина. Каждая молекула трансферрина связывает два иона Fe 3+ . В реакции участвует бикарбонат-ион, который упрочняет связь между ионами железа и белком трансферрина. Недостаток трансферрина приводит к нарушению обмена железа. Когда связывающая способность трансферрина исчерпывается, Fe(OH)₃ осаждается в крови.

Ферритин – еще один железосодержащий белок, в котором на одну молекулу белка приходится до 4500 атомов железа. Он находится в печени, селезёнке, костном мозге. Этот белок запасает и мобилизует железо в организме. Освобождение железа из ферритина сопряжено с восстановлением ионов Fe 3+ до Fe 2+ .

В животных тканях железо находится и в виде соединения с ДНК, и, видимо, участвует в работе наследственного механизма. Установлено, что репликация – удвоение молекулы ДНК – во многом зависит от ионов металлов, и железа в том числе. Экспериментально установлено, что старение организма сопровождается ростом количества железа в ДНК; с другой стороны, чем интенсивнее делятся клетки (обычно это происходит в молодом организме), тем меньше в нем железа.

Киевские геронтологи обнаружили ещё один интересный факт: под действием аскорбиновой кислоты трёхвалентное железо ДНК переходит в двухвалентное и уже не мешает репликации.

Содержание железа в цельной крови у женщин составляет 40-68 мг %, у мужчин на 3-7 мг % выше. В плазме содержание железа колеблется от 60 до 175 мг %, в форменных элементах (эритроциты) – от 39 до 67 мг %. При остром отравлении содержание его в сыворотке крови может достигать 450 мг %.

Период нахождения железа в организме человека превышает 10 лет, так как железо, содержащиеся в гемоглобине, при разрушении эритроцитов практически не выводится из организма, а рециркулируется печенью. В печени железа содержится больше (500-700 мг), чем в костном мозге (до 300 мг) и селезенке (60-100 мг). Концентрация железа в женском молоке 0,1- 1,6 мг/л.

Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 5 - 10 мг, она увеличивается при интенсивной мышечной деятельности, беременности, кормлении грудью. Средняя суточная потребность в железе для мужчин - 10 мг, для женщин - 18 мг, а при беременности и кормлении грудью - ещё выше - 20 и 25 мг, так как увеличивается расход на рост плода и питание младенца [7].

Железо расходуется на рост покровных тканей организма – кожи, ногтей, входит в состав пигмента, окрашивающего волосы, но основная масса железа находится в крови – эритроцитах [10].

Основные источники железа: морская капуста, курага, говяжья печень и другие (см. в таблице 2).

Содержание железа в продуктах питания (мг/100г продукта)

Куры, редис, пшено

Чтобы железо было усвоено, оно подвергается сложнейшим превращениям. В пищевых продуктах железо находится в трёхвалентной форме. Клетки же слизистой оболочки кишечника пропускают железо в двухвалентной форме.

В желудке трехвалентное железо под действием желудочного сока восстанавливается в двухвалентное. Важнейшую роль в этом процессе играют соляная кислота и другие вещества, входящие в состав желудочного сока.

Из всего железа, которое находится в пище, усваивается 2-20%. Если человек плохо пережевывает пищу или ест редко, но помногу, железо не будет восстанавливаться из одной формы в другую и остается недоступным для усвоения.

Влияет на усвоение железа и состав пищи. Витамин С, витамины группы В и фруктоза создают благоприятные условия для его усвоения.

Из желудка железо проникает сквозь мембрану в клетку слизистой оболочки кишечника. Далее, в кишечнике часть железа, содержащегося в пище, всасывается сквозь слизистую оболочку и попадает в кровь, при этом дважды меняя свою валентность. По кровяному руслу железо разносится по всему организму и, снова окислившись в трёхвалентное, отлагается в тканях. Если с пищей поступает слишком мало железа или слишком велики его потери, возникает заболевание - железодефицитная анемия, или малокровие [5].

Ранний хлороз – это вариант железодефицитной анемии, не редко возникающей на фоне роста организма при недостаточном поступлении железа с пищей. Развитию болезни способствует малая физическая активность и недостаточное пребывание на воздухе, полуголодные диеты, отказ от мясной пищи, нарушения в работе желудка, курение, а лечат её, во-первых, препаратами железа, во-вторых, диетой [3].

При железодефицитной анемии (малокровии) уменьшается число эритроцитов в крови и падает гемоглобин, в той или иной степени повреждаются все клетки организма. И неудивительно, ведь железо обеспечивает образование гемоглобина, который занимается бесперебойной доставкой кислорода всем органам и системам. В первую очередь поражаются клетки нервной системы, наиболее тонко реагирующие на кислородное голодание. Это проявляется утомляемостью, сонливостью, нарушением сна и ухудшением работоспособности. Запущенные формы анемии сопровождаются развитием стенокардии и повышением артериального давления.

Для работы мозга требуется огромное количество кислорода, а при анемии мозг не получает его в нужном количестве. Чаще анемия развивается в подростковом возрасте, когда происходит период полового созревания. В этот период особенно нужно следить за питанием, чтобы оно было богато железом. При сильной степени анемии назначают лекарственные препараты, содержащие железо. После приёма этих препаратов необходимо тщательно полоскать рот, так как может произойти потемнение эмали зубов. Препараты железа могут вызвать раздражение слизистой оболочки желудочно – кишечного тракта, тошноту, рвоту. Поскольку такие препараты связывают сероводород кишечника (естественный стимулятор перистальтики), они могут вызвать запоры.

Существуют разновидности железодефицитной анемии, которая наблюдается у каждого человека в первый год жизни. В первые 6 месяцев внутриутробного развития плод не получает железа от матери. Накопление железа начинается лишь в последние 3 месяца перед родами. К моменту рождения нормальный ребенок запасает 250 – 300 мг, а недоношенный 100 – 150 мг. Этого запаса хватает в среднем на полгода. Однако бурный рост ребёнка требует огромных затрат железа, запасы которого быстро истощаются. Это обстоятельство служит как бы сигналом растущему организму: уже не достаточно одного лишь материнского молока и нужно переходить на разнообразное питание. С материнским молоком железа поступает в организм очень мало – в 100 г женского молока в среднем 0,7 мг железа, из которых усваивается только 0,02 мг. Потребность же ребёнка в железе – 0,5 мг в сутки. При смешанном и искусственном вскармливании дефицит железа ещё больше, так как из коровьего молока железа усваивается в 2 – 3 раза меньше, чем из женского, и в молоке железа всего-навсего 0,1 мг на 100 г.

Из этого следует, что и в возрасте, далёком от младенческого, вряд ли стоит питаться только молочными продуктами. Железом, как правило, богаты продукты животного происхождения: печень, мясо, в меньшей мере рыба, мясо птиц, яйца. И что ещё важно: из животной пищи организм усваивает примерно в три раза больше железа, чем из растительной, поэтому длительная приверженность к строгому вегетарианству – с исключением из диеты любых животных продуктов, может привести к анемии [10].

Частое применение препаратов кальция может привести к развитию железодефицитного состояния, так как кальций конкурирует с жeлезом в кишечнике за всасывание.

При железодефицитной анемии нужно обратиться к врачу за направлением на анализ крови на гемоглобин. В зависимости от результата он подскажет, какой препарат и в каких дозах подойдёт. Нужно также иметь в виду, что препараты действуют медленно: положительные сдвиги начинают наблюдаться с четвертой-пятой недели. Вам необходимо также наладить рацион питания: в нём должны присутствовать говядина, бобовые, каши.

Для лечения и профилактики анемии лекарство надо применять только по назначению врача и в указанных врачом дозах. Усвоение железа зависит от кислотности желудочного сока. Поэтому при секреторной недостаточности препараты назначаются вместе с соляной кислотой или желудочным соком. Улучшает всасывание железа и аскорбиновая кислота, а также белки пищи.

Препараты применяемые в медицинской практике:

В то же время железо является токсичным элементом, поэтому введение в организм избыточного количества железа с пищей или с лекарственными препаратами может привести к отравлению. При приёме внутрь дозы железа 200 – 250 мг/кг у человека появляются рвота, боли в животе, ощущение жара, снижение артериального давления, цианоз, резкое снижение свёртываемости крови, поражение печени. В связи с высоким содержанием железа в пищевом рационе отмечают сидероз печени, селезёнки и связанные с ними случаи остеопороза позвонков.

Во избежание хронического отравления железом, содержащимся в пище, установлены значения его ПДК в продуктах.

Читайте также: