Реферат - Біоелемент кальцій

ЗмістЧастина перша.Загальна характеристика кальцію, розповсюдження на планеті,Частина другаРозташування в періодичній системі Д.І.Менделєєва, будова атома, можливі валентності в сполуках, здатність до комплексоутворювання, найважливіші комплексні сполуки з біолігандами.Частина третяРоль елементу в житті рослин, потреба різних рослин в кальції, проблеми, що виникають при його надлишку та нестачі.Частина четвертаФорми та види кальцієвих добрив, природні та промислові.Частина п’ятаАналітичні методи якісного та кількісного визначення кальцію в грунті, рослинах та сільськогосподарській продукції.Список використаної літературиЧастина першаКальцій один з найважливіших біометалів, найпоширеніший серед них у природі — його вміст в земній корі становить близько 3,5%. Він міститься в різних мінералах і гірських породах (доломіти, мергелі, леси, апатити тощо), є в багатьох природних водах. Приймає участь в процесі грунтоутворення, покращує структуру грунту, впливає на реакцію середовища і рухомість інших біоелементів. Досить активний в хімічному плані елемент.Вміст в природі кальцію такий:грунт 1,37морська вода 0,04тваринні організми 0,3рослинні організми 1,9Найпоширеніша форма елементу — карбонат кальцію.Овочеві культури концентрують у 20-30 разів кальцію більше ніж злаки, особливо це відноситься до листяних овочевих: шпинат, щавель, салат, капуста, цибуля, томати та ін. тому дефіцит кальцію локалізують за станом овочевих культур. Переміщення кальцію всередині рослини обмежено, тому цей елемент є малорухливим, не підлягає реутилізації.Вміст кальцію в деяких культурах наведено в таблиці.Культурапродукціявміст СаО, %Пшеницязерно0,07солома0,28Кукурудзазерно0,03солома0,49Рисзерно0,07Горохзерно0,09солома1,82зелена маса0,35Люпинзерно0,28солома0,97зелена маса0,16Соняшникнасіння0,20Морква кормовакоренеплоди0,07бадилля1,50В порівнянні з іншими біометалами кальцій в тваринах міститься в найбільшій кількості. Основна його маса (до 99%) зосереджено в кісткових тканинах переважно у вигляді гідроксоапатиту Ca5(PO4)3OH та інших солей фосфорної кислоти. Кісткові тканини швидко реагують на зміни водно-сольового складу крові і виконують роль своєрідного буфера, який підтримує рівновагу внутрішнього середовища організму. В організмі людини і тварин кальцій поступає в основному з продуктами харчування: молоко, овочі, злаки. Наявність грубої клітковини і підвищеної кількості щавлевої кислоти не сприяє засвоєнню кальцію. Особливо важливе значення для збагачення організму іонами кальцію має питна вода, в якій є гідрокарбонат кальцію Ca(HCO3)2.Кісткові тканини здатні адсорбувати на поверхню Pb, Sr, Ra, U та ін радіонукліди, що веде за собою порушення кровотворної функції кісткового мозку. Раніше люди вважали, що скелет є опорою тіла і сприяє його руху, та зараз встановили, що він приймає активну участь в обміні речовин і перед усе – кальцію.Завдяки активності кальцію його використовують для відновлення деяких тугоплавких металів (титан, цирконій і т.д.) з оксидів. Кальцій також використовують на виробництві для очистки криці та чавуну від кисню, сірки та фосфору для отримання деяких міцних сплавів.Частина другаКальцій належить до 4 періоду II групи періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва. Кальцій, виходячи з будови атома, належить до неперехідних елементів. Для цих елементів характерна постійність ступеня окислення і утворення іонів із завершеною електронною конфігурацією, подібної до оболонки інертних газів.Кальцій на зовнішньому електронному рівні має 2 валентних електрони, які він може легко віддавати, перетворюючись в іони з електронною конфігурацією аргону.Атомний радіус кальцію менший ніж атомний радіус металів І групи внаслідок високих зарядів ядер. Енергія іонізації атомів кальцію більша ніж енергія іонізації відповідного металу І групи. Внаслідок малих розмірів іони кальцію поляризуються в меншій мірі ніж ізоелектронні іони лужних металів, тому сполуки кальцію в своїй більшості носять іонний характер. Однак внаслідок поляризації аніона катіоном Са2+ проявляється тенденція до утворення ковалентних зв’язків. Тому кальцій здатен утворювати досить міцні донорно-акцепторні зв’язки з атомами азоту і кисню проявляючи при цьому комплексоутворювальні властивості.Має властивість гідратуватися в розчинах. За ступенем онності стоїть між літієм, натрієм, берилієм та магнієм з одного боку і поступається в цьому калію, рубідію, стронцію, цезію та барію з іншого.Кальцій — жорсткий метал класу а. Для нього (класу) характерні малі розміри, високі заряди, низька поляризація. Радіус атома кальцію 0,94Е. Він може утворювати комплексні сполуки з жорсткими лігандами: Н2О, ОН-, F-, СІ-, СН3СО2-, N2H4, РО43-, SO42-, СО32-, СІО4-, NO3-, NH3, R-OH, R2O, RNH2. Оскільки біологічні комплекси переважно утворюються з жорстких металів і жорстких лігандів ці сполуки заслуговують на увагу. У виняткових випадках кальцій може утворювати біокомплекси з такими перехідними лігандами як C6H5NH2, C2H5N, N2-, N3-, Br-, NO2-, SO3-. Кальцій також може міцно зв’язуватися з жорсткими донорними атомами О, N, F бо вони дуже електронегативні. Для кальцію характерне найпоширеніше серед біометалів координаційне число 6. Також може бути координаційне число 7 в таких сполуках як хелатне чотирьохчленне кільце в кристалі [Ca(Hgly Gly Gly)(H2O)2] Cl2*H2O. Три зв’язки Са-О карбоксильні, два зв’язки Са-О пептидні і два зв’язки йдуть на Са(ОН)2.Кальцій дуже добре вступає в реакцію з гемоціаніном та фенілаланіном.Кальцій добре пов’язується з АТФ і АДФ внаслідок чого утворюються хелати на кінцях з фосфатами. В цьому випадку Са пов’язується швидко, але не так міцно як Мg. На цих властивостях побудовано декілька фізіологічно важливих реакції енергетичного обміну.Доведено, що кальцій також може добре вступати в реакції комплексоутворення з макроциклічними лігандами, наприклад, такими, які входять до складу порфіринового кільця хлорофілу. Є фактом і те, що кальцій може зв’язуватися з такими макромолекулами як ДНК і РНК. Особливо важливою є взаємодія з тірозил-, пролін- та глутамін-тРНК-синтетазами. Він їх активує. Виявлені реакції з глутаматдигідрогеназами та кіназами. Входить до складу ?-амілаз, фосфоліпаз, ?-лактаз структурно.Частина третяКальцій як і будь-який біометал відіграє неабияку роль у функціонуванні рослинних і тваринних організмів. Це визначено його властивостями, які описані вище.В рослинній клітині кальцій регулює фізико-хімічний стан цитоплазми: підтримує колоїдний стан, визначає нараду з магнієм та іншими елементами кислотність середовища. Завдяки стабільності стану цитоплазми спостерігається тургор рослини, йде активний обмін та синтез сполук. Кислотність спричиняє активізацію або інгибіювання певних синтезів, визначає напрямок багатьох фізико-хімічних реакцій. Кальцій знижує ступінь гідратації колоїдів та рівень обводненості тканин в цілому, зв’язує нуклеотиди. Звичайно, що при порушенні балансу в першу чергу негативні наслідки виявляються в дестабілізації водного обміну.Також кальцій приймає участь в зв’язувані атмосферного азоту в симбіотичних (Rizobium) та вільноживучих бактеріях (Azotobacter).Кальцій приймає участь в кооперативному зв’язуванні О2 (гемоцианіном).Виступає в ролі структурного елементу разом з пектиновими речовинами для стінок. В цьому "амплуа" формує "донанівський простір" — один з елементів транспорту сполук в рослині. Разом з магнієм контролює надходження молібдену, міді, кобальту та інших біоелементів. Є бар’єром для органічних кислот, бо міцно пов’язує їх переводячи в нерозчинну сіль (наприклад для щавлевої в CaC2O4). Концентрується в старих тканинах.Інгибує гліцил-тРНК але обертає інактивацію глутамінсинтетази. Активно діє в реакціях, пов’язаних з перерозподілом енергії (комплекси АТФ і АДФ).Кальцій впливає на рухомі форми марганцю в грунті. Особливо гостро ця проблема стоїть при вапнуванні грунтів. Mn переходить з ступеню окислення 2+ до 4+ в якій він недоступний для організмів. Це випливає в серйозні порушення в плодючості тварин і призводить, навіть, до стерилізації ВРХ.Кальцій сприяє мінералізації органічних сполук і звільненню різних поживних речовин. Приймає участь у синтезі білкових речовин, сприяє утворенню хлорофілу, впливає на рухомість асимілянтів у рослин. Кальцій нейт