Марганец и хром.
Биологическая роль, нормы потребления.
Пищевые источники микроэлементов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Педиатрический факультет

Кафедра общей и биоорганической химии — теоретическая

Реферат на тему:

«Марганец и хром. Биологическая роль, нормы потребления. Пищевые источники микроэлементов»

Содержание

Глава 1. Общая характеристика марганца и хрома

1.1 История открытия марганца, общие сведения

1.2 Получение марганца

1.3 Химические свойства марганца и его соединений

1.4 История открытия хрома, общие сведения

1.5 Получение хрома

1.6 Химические свойства хрома и его соединений

Глава 2. Биологическая роль марганца и хрома

Глава 3. Нормы потребления марганца и хрома

3.1 Нормы потребления марганца, недостаток и переизбыток микроэлемента

3.2 Нормы потребления хрома, недостаток и переизбыток микроэлемента

Глава 4. Пищевые источники микроэлементов

4.1 Пищевые источники марганца

4.2 Пищевые источники хрома

Список литературы

Глава 1. Общая характеристика марганца и хрома

1.1 История открытия марганца, общие сведения

Один из основных минералов марганца -- пиролюзит -- был известен в древности как чёрная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом чёрной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX века для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz -- марганцевая руда).

Мамрганец -- элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 25. Обозначается символом Mn (лат. Manganum, мамнганум, в составе формул по-русски читается как марганец, например, KMnO4 -- калий марганец о четыре). Простое веществомарганец -- металл серебристо-белого цвета. Наряду с железом и его сплавами относится к чёрным металлам. Известны пять аллотропных модификаций марганца -- четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой. Конфигурация валентных электронов Mn 4s23d54p0. Для марганца характерны степени окисления: +2 (например, MnO, Mn (OH)2), +3, +4(MnO2, Mn (OH)4, H4MnO4, H2MnO3), +6 (MnO3, H2MnO4, K2MnO4), +7 (Mn2O7, HMnO4, KMnO4).

1.2 Получение марганца

· Алюминотермическим методом, восстанавливая оксид Mn2O3, образующийся при прокаливании пиролюзита:

· Восстановлением железосодержащих оксидных руд марганца коксом. Этим способом в металлургии обычно получают ферромарганец (~80% Mn).

· Чистый металлический марганец получают электролизом.

1.3 Химические свойства марганца и его соединений

Порошкообразный марганец сгорает в кислороде (Mn + O2 > MnO2). Марганец при нагревании разлагает воду, вытесняя водород (Mn + 2H2O > (t) Mn (OH)2 + H2^), образующийся гидроксид марганца замедляет реакцию.

Марганец поглощает водород, с повышением температуры его растворимость в марганце увеличивается. При температуре выше 1200 °C взаимодействует с азотом, образуя различные по составу нитриды.

Углерод реагирует с расплавленным марганцем, образуя карбиды Mn3C и другие. Образует также силициды, бориды, фосфиды.

C соляной и серной кислотами реагирует по уравнению:

С концентрированной серной кислотой реакция идёт по уравнению:

С разбавленной азотной кислотой реакция идёт по уравнению:

В щелочном растворе марганец устойчив.

Устойчивые степени окисления марганца +2, +4, +7 в соединениях кислородного и солевого характера. В медицинской практике используются соединения марганца (II) и марганца (VII).

Марганец (II) оксид MnOвстречается в природе в виде мелких зеленых кристаллов, плохо растворимых в воде. При нагревании на воздухе превращается в оксид:

6 MnO +3O2> 6MnO2

Марганец (II) оксид растворяется в кислотах:

MnO + 2H+ + 5H2O> [Mn (H2O)6]2+

Марганец (II) гидроксид обладает слабоосновными свойствами, окисляется кислородом воздуха и другими окислителями до марганцеватистой кислоты или ее солей манганитов:

Mn (OH)2 + H2O2> H2MnO3v + H2O

В щелочной среде Mn2+ окисляется до MnO42-, а в кислой до МnO4-:

MnSO4 + 2KNO3 + 4KOH> K2MnO4 + 2KNO2 + K2SO4 + 2H2O

Образуются соли марганцовистой H2MnO4 и марганцовой HMnO4 кислот.

Марганец (IV) оксид MnO2 является устойчивым природным соединением марганца, которое встречается в четырех модификациях. Все модификации имеют амфотерный характер и обладают окислительно-восстановительной двойственностью.

Соединения Mn (VI) — неустойчивы. В растворах могут превращаться в соединения Mn (II), Mn (IV), Mn (VII): оксид марганца (VI) MnO3 — темно-красная масса, вызывающая кашель. Гидратная форма MnO3 — слабая марганцовистая кислота H2MnO4, которая существует только в водном растворе. Ее соли (манганаты) легко разрушаются в результате гидролиза и при нагревании. При 50? С MnO3 разлагается:

2 MnO3> 2MnO2 +O2

и гидролизуется при растворении в воде:

2 MnO3 + H2O> MnO2 +2HMnO4

Производные Mn (VII) — это марганец (VII) оксид Mn2O7 и его гидратная форма кислота HMnO4, известная только в растворе. Mn2O7 устойчив до 10? С, разлагается со взрывом:

Mn2O7 > 2 MnO2 +O3

При растворении в холодной воде образуется кислота:

Mn2O7 + H2O > 2HMnO4

1.4 История открытия хрома, общие сведения

В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название -- крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).

Название элемент получил от греч. чс? мб -- цвет, краска -- из-за разнообразия окраски своих соединений.

Хром -- элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром -- твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам. Конфигурация валентных электронов Cr 4s13d54p0. Для хрома характерны степени окисления: +2 (CrO, Cr (OH)2- основные, восстановительные свойства), +3 (Cr2O3, Cr (OH)3 — амфотерные свойства), +6.

Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома -- хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоитPbCrO4.

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, наФилиппинах.

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире).

1.5 Получение хрома

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe (CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечахкоксом (углеродом):

Феррохром применяют для производства легированных сталей.

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:

2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;

4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

· восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;

· разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;

· разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;

1.6 Химические свойства хрома и его соединений

марганец хром микроэлемент организм

Хром устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома (III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами.

Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), с углеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 и Cr3C2), c кремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr2N).

Большинство соединений хрома имеет яркую окраску самых разных цветов.

Соединения трехвалентного хрома химически инертны.

В природе хром находится в трех- (шпинель — двойной оксид MgCrO4 — магнохромит) и шестивалентном состоянии (PbCrO4 — крокоит). Образует оксиды основного, амфотерного и кислотного характера.

Хром (II) оксид CrO — кристаллы красного (красно-коричневого) цвета или черный пирофорный порошок, нерастворимый в воде. Соответствует гидроксиду Cr (OH)2. Гидроксид желтого (влажный) или коричневого цвета. При прокаливании на воздухе превращается в Cr2O3 (зеленого цвета):

2Cr (OH)2 + 0,5O2= Cr2O3 + 2 H2O

Катион Cr2+ - бесцветен, его безводные соли белого, а водные -синего цвета. Соли двухвалентного хрома являются энергичными восстановителями. Водный раствор хром (II) хлорида используется в газовом анализе для количественного поглощения кислорода:

2CrCl2 + 2 HgO + 3H2O + 0,5O2 = 2HgCl2 + 2 Cr (OH)3v

(грязно-зеленый осадок)

Хром (III) гидроксид обладает амфотерными свойствами. Легко переходит в коллоидное состояние. Растворяясь в кислотах и щелочах, образует аква- или гидроксокомплексы:

Cr (OH)3 + 3H3O+ = [Cr (H2O)6]3+ (сине-фиолетовый раствор)

Cr (OH)3 + 3OH- = [Cr (OH)6]3- (изумрудно-зеленый раствор)

Соединения трехвалентного хрома, как и двухвалентного, проявляют восстановительные свойства:

Cr2(SO4)3 + KClO3 + 10 KOH = 2K2CrO4 + 3 K2SO4 + KCl + 5H2O

Соединения хрома (VI), как правило, кислородосодержащие комплексы хрома оксид шестивалентного хрома соответствует хромовым кислотам.

Хромовые кислоты образуются при растворении в воде CrO3. Это сильно токсичные растворы желтого, оранжевого и красного цвета, обладающие окислительными свойствами. CrO3 образует полихромовые кислоты, например, H2CrO4, H2Cr2O7, H2Cr3O10, H2Cr4O13. Цвета растворов меняются от желтого до красного.

Глава 2. Биологическая роль марганца и хрома

Марганец- биогенный элемент, один из десяти металлов жизни, необходимых для нормального протекания процессов в живых организмах.

Марганец содержится в организмах всех растений и животных, хотя его содержание обычно очень мало, порядка тысячных долей процента, он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом. В теле взрослого человека содержится 12 мг (1,6 * 10−5%). Марганец концентрируется в костях (43%), остальное — в мягких тканях, в том числе и мозге.

В организме марганец образует металлокомплексы с белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, АДФ, отдельными аминокислотами. Содержащие марганец металлоферменты аргиназа, холинэстераза, фосфоглюкомутаза, пирувакарбоксилаза.

Марганец участвует в синтезе витамина С и В12.

Атомный радиус марганца 128 пм. Это объясняет то обстоятельство, что марганец может замещать магний (атомный радиус 160 пм) в его соединении с АТФ, существенно влияя на перенос энергии в организме.

Почти одинаковое значение атомного радиуса марганца (128 пм) и железа (126 пм) объясняет способность марганца замещать железо в порфириновом комплексе эритроцита. По той же причине марганец может замещать и цинк (атомный радиус 127 пм) в цинкзависимых ферментах, изменяя при этом их каталитические свойства.

Для организма перманганаты являются ядами, их обезвреживание может происходить следующим образом:

2KMnO4+5H2O2+6CH3COOH=2Mn (CH3COO)2+2CH3COOK+8H2O+5O2

Для лечения острых отравлений перманганатом используется 3%-ный водный раствор H2O2, подкисленный уксусной кислотой.

Калий перманганат KMnO4 — наиболее известное соединение марганца, применяемое в медицине. Используют водные растворы с содержанием KMnO4 от 0,01 до 5%. В качестве кровоостанавливающего средства применяют 5%-ный раствор. Растворы калия перманганата обладают антисептическими свойствами, которые определяются его высокой окислительной способностью. MnSO4 применяют при лечении малокровия.

Избыточное накопление марганца в организме сказывается, в первую очередь, на функционировании центральной нервной системы. Это проявляется в утомляемости, сонливости, ухудшении функций памяти. Марганец является политропным ядом, поражающим также легкие, сердечно-сосудистую и гепатобиллиарную системы, вызывает аллергический и мутагенный эффект.

Хром -- один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. В организме взрослого человека содержится примерно 6 г Cr (0,1%) У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в составфермента трипсина), углеводов.

В чистом виде хром довольно токсичен, металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Металлический хром нетоксичен, а соединения Cr (III) и Cr (VI) опасны для здоровья. Они вызывают раздражение кожи, что приводи к дерматитам. Соединения хрома (VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим. Есть предположение, что производные хрома (VI) обладают канцерогенными свойствами. 0,25−0,3 г дихромата калия вызывают летальный исход. Соединения хрома (VI) применяют как фунгициды (протравливающие вещества). Соединения хрома (III) благоприятно влияют на рост растений.

Сr+3- влияет на углеводный обмен, обеспечивает чувствительность ткани к инсулину.

CrO3 обладает прижигающим действием, это свойство используют в медицине.

Смертельная доза K2Cr2O7 для взрослого человека составляет 0,3 г.

Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

Глава 3. Нормы потребления марганца и хрома

3.1 Нормы потребления марганца, недостаток и переизбыток микроэлемента

Марганец (Mn) необходим для правильного развития клеток. Его присутствие в организме — обязательное условие для полноценного усвоения витамина В1 (тиамина), меди и железа, необходимых для осуществления кроветворной функции. Без тиамина невозможен процесс строительства клеток, в частности нервных. При дефиците этого витамина возникают запоры, полиневриты, склонность к развитию анемии и остеопороза.

Суточная потребность марганца для взрослого организма составляет 0,2−0,3 мг на 1 кг массы тела.

Для детей и подростков норма рассчитывается так: 5−7 лет — 0,07−0,1 мг/кг, для подростков — 0,09 мг/кг веса.

В пересчёте на организм взрослого человека норма потребления марганца составляет от 2,5 до 5 мг в сутки.

Детский же организм требует, естественно, меньшее количество — около 1−2 мг в день.

Интенсивность физической нагрузки оказывает влияние на потребность в микроэлементе, поэтому норма потребления марганца для спортсменов несколько больше, чем среднестатистическая потребность взрослого организма и составляет от 7 до 8,5 мг в день.

При длительном недостатке марганца в организме могут возникнуть патологические состояния, плохо поддающиеся коррекции. Например, если будущая мать испытывает дефицит Mn, то плод развивается неправильно: ребёнок может получить патологию развития конечностей, родиться со сращиванием подвижных суставов, с деформацией черепа.

Дефицит марганца приводит к различным формам анемии, нарушениям функций воспроизводства у обоих полов, задержке роста детей, проявлениям дефицита массы тела и др.

Недостаток марганца может наблюдаться у людей со следующими клиническими симптомами и заболеваниями:

? хроническая усталость, слабость, раздражительность;

? аллергический насморк, склонность к бронхоспазмам;

? остеопороз и артроз, в группе риска — женщины и пожилые люди;

? избыточный вес, в сочетании с повышенном уровнем липидов в крови;

? склонность к судорогам у детей, задержка их психомоторного развития.

Опасно не только недостаточное содержание марганца в организме, но и его избыток. Повышенное содержание марганца в тканях организма вызывает следующие нарушения: ухудшается всасывание железа и возникает риск развития анемии, ухудшается состояние нервной системы, возникает нарушение всасывания кальция, что приводит к нарушению функционирования костно-мышечной системы.

Основными клиническими симптомами интоксикации марганцем являются:

? потеря аппетита;

? прогрессирующие галлюцинации;

? потеря способности правильной оценки ситуации;

? значительное ухудшение памяти;

? болезненная сонливость;

? мышечные боли, судороги.

Определенные категории людей наиболее подвержены к возникновению избытка марганца в организме. Им необходимо снижать концентрацию данного микроэлемента в организме, исключая из рациона продукты богатые Mn. В эту категорию входят люди страдающие болезнью Паркинсона, а также работающие на вредном производстве: нефтеперерабатывающих и сталеплавильных заводах, электротехнических станциях. Если же говорить о профессиях, то это преимущественно электросварщики, шахтёры и т. д.

Также избыток марганца приводит к патологиям, идентичным рахиту. Заболевание названо марганцевым рахитом. К полному выздоровлению от данного недуга приводит лечение витамином D при полноценном питании.

Если предстоит назначение приёма марганецсодержащих препаратов, следует непременно проверить в крови его уровень, так как неконтролируемый приём витаминных и минеральных препаратов часто приводит к нарушению баланса микроэлемента в организме.

3.2 Нормы потребления хрома, недостаток и переизбыток микроэлемента

Хром — критически важный микроэлемент. В природе он встречается в трех различных формах, причем в нашем рационе преобладает одна из них (хром III).

Суточная потребность взрослого человека в хроме составляет 0,20−0,25 мг.

Дефицит хрома в организме может развиваться при длительном питании преимущественно продуктами, бедными хромом, использовании больших количеств сахара, который способствует выведению хрома с мочой. К числу таких продуктов относятся хлеб из муки высших сортов, кондитерские изделия.

Дефицит хрома в организме ведет к снижению чувствительности тканей к инсулину, ухудшению усвоения ими глюкозы, увеличению ее содержания в крови.

Опыты показали, что, если в организме крыс мало хрома, уровень холестерина и сахара в крови повышается, а жировые вещества оседают на стыках аорты. Когда крыс докармливают этим элементом, уровень холестерина и сахара в крови снижается.

У здоровых людей содержание хрома несколько выше нормы. Это является признаком полноценного усвоения глюкозы. Если усвоение сахаров нарушено, содержание этого элемента снижается.

Хром очень нужен больным диабетом, он «сотрудничает» с инсулином, помогая регулировать уровень сахара или глюкозы в крови. Несмотря на то что получен синтетический GTF, все-таки лучше предпочесть натуральный хром, содержащийся в дрожжах — самом богатом его источнике, как более эффективный. Кроме того, биологически активный хром находится в телячьей печени и проросших зернах пшеницы.

Там, где люди работают в контакте с хромом и вынуждены вдыхать хромовую пыль, они, к сожалению, в 29 раз чаще, чем другие жители тех же мест, и в 11 раз чаще, чем рабочие других отраслей промышленности, заболевают раком легких или бронхов.

Слишком много хрома обычно около фабрик и вообще в промышленных районах, где из-за отсутствия хорошей системы пылеулавливания этот металл в больших количествах уносится в воздух.

Глава 4. Пищевые источники микроэлементов

4.1 Пищевые источники марганца

Для поддержания оптимального количества микроэлемента в организме необходимо знать, как восполнить его недостаток в организме и как не допустить его избыточного накопления. Для ответа на эти вопросы необходимо знать, с какими продуктами питания Mn в организм попадает и в каких количествах. Очень много марганца содержится в таких напитках, как чай и кофе. Клюква, съедобные каштаны, перец также им богаты. Ниже приведены данные по продуктам и количеству Mn (в миллиграммах) на 1 килограмм продукта.

Продукт Содержание марганца, мг/кг продукта

Молоко 0,04

Мясо (всех видов, кроме свинины, птица и яйца) 0 — 50

Свинина, почки, сыр 2−10

Рыба (крабы и раки) 0,5−2

Масло оливковое 0,5−2

Мёд светлый 0,5 — 2

Лимон 0,5

Сельдерей 0,5 — 2

Капуста белокочанная, цветная, ревень, редька, оливки, морковь, огурцы, грибы, картофель, спаржа, репа, помидоры, ржаная мука, сливы, финики, виноград 2 — 10

Печень, свекла, фасоль, хлеб пшеничный и ржаной, лук, зеленый горошек, брусника, бананы, петрушка, смородина, черника, чернослив, тёмный мёд, устрица, инжир, дрожжи 2 — 10

Мука пшеничная 10 — 70

Шпинат, салат, малина, шоколад, сухой в зёрнах горох и фасоль, рис, орех кокосовый, ячмень, желатин 30

Какао 35

Мука и хлопья овсяные 36

Перец 65

Соевая мука, съедобный каштан 40

Клюква 40 — 200

Чай (все сорта) 150 — 900

Употребляя вышеперечисленные продукты можно достаточно легко удовлетворить потребность организма в марганце. При дефиците микроэлемента следует больше употреблять продуктов натуральных, нерафинированных, без тепловой обработки. Для предотвращения избыточного накопления марганца необходимо избегать употребления продуктов, с большим содержанием данного микроэлемента, или подвергать их тщательной термической обработке.

4.2 Пищевые источники хрома

Хром является эссенциальным (жизненно необходимым) элементом.

Организм взрослого человека содержит 5−6 мг хрома.

Наибольшие концентрации хрома наблюдают в печени и почках (0,6 мкг/кг), а также в хрящевой и костной ткани, кишечнике, щитовидной железе.

Наиболее важными источниками хрома являются субпродукты (печень), мясо, продукты из цельного зерна, сыр, бобовые и специи, яйца, морепродукты, рыба, бананы, апельсины, яблоки, кукуруза, зеленый лук, капуста, морковь, томаты, сладкий перец, картофель, грибы, черника, рябина, голубика, клюква, облепиха, пивные дрожжи, молочные продукты и молоко.

Список литературы

1. Учеб. для вузов/ Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др.; Под ред. Ю. А. Ершова. — 3-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2002. — 263−276с.: ил.

2. А. Я Губергриц «Лечебное питание»

3. http: //sovetik. ucoz. ru/publ/pishhevye_dobavki/khrom_naznachenie_istochniki_dozirovanie_issledovanija/5−1-0−181

4. http: //fitfan. ru/nutrition/vitamins/3239-marganec. html

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой