Химические элементы в клетках живых организмов. 9-й класс

Форма проведения: урок-исследование.

Цели и задачи урока:

• Довести до осознания и осмысления учащихся понятие о химических элементах, входящих в состав живых организмов, значении некоторых химических элементов в жизнедеятельности живых организмов.
• Продолжить формирование единства естественно – научной картины мира; совершенствовать умения проводить лабораторные опыты, доказывающие химический состав систем.
• Развивать умения анализировать, сравнивать, делать выводы; развивать логическое мышление (устанавливать причинно-следственные связи, подтверждая на данном предметном материале зависимость свойств объекта от состава и строения); развивать познавательную активность учащихся; повышать учебную мотивацию к изучению химии и биологии.
• Воспитывать чувство ответственности за сохранение своего здоровья, бережное отношение к окружающему миру.

Оборудование и реактивы: на столах учащихся: приготовленный заранее насыщенный говяжий бульон, раствор щелочи (NaOH), раствор медного купороса (CuSO4), красная кровяная соль (K3[Fe(CN)6], нейтральный раствор, полученный из золы, раствор нитрата серебра, спиртовый раствор йода, клубни картофеля, семянки подсолнечника, раствор яичного белка; штатив с пробирками, фильтровальная бумага, ступка с пестиком.

Технические средства обучения: компьютер, мультимедийной проектор.

Методическая литература:

1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов «Настольная книга учите6ля. Химия. 9 класс». М. Дрофа, 2002 г.
2. Серия «Библиотека учителя». Г.В. Пичугина «Химия и повседневная жизнь человека». М. Дрофа, 2004 г.
3. В.И. Астафьев «Основы химического анализа. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся IX-X классов», М.Просвещение, 1977
4. «Химия» – учебно-методическая газета для учителей химии и естествознания № 9, 2011 г. М. Издательский дом «Первое сентября».

Интернет-ресурсы:

Вводное слово учителя. (Презентация. Слайд 2)

Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах прошлого столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для любого живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. В состав веществ, образующих клетки живых организмов обнаружено более 70 элементов.

(Слайд 3,4) Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 0,01%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 0,001-0,00001 %. Если содержание элемента ниже 0,00001 %, его считают ультрамикроэлементом (медь, марганец, бор, фтор). Конечно, такая градация условна.

Учитель: Перед вами находится таблица, в которой указано содержание химических элементов в живой клетке. Ваша задача определить и выписать в тетрадь, какие элементы относятся к макроэлементам и микроэлементам (Приложение 1).

Вывод: к макроэлементам относятся C, O, N, H (98%), Mg, K, Ca, Na, F, S, Cl, (1,9%) Микроэлементы: Fe, Zn, Mn, B,Cu, I, F,Co, Br, Al и др. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. (Слайд 5). В. В. Ковальский, выдающийся ученый — биогеохимик, биохимик, эколог, один из создателей учения о микроэлементах – исходя из значимости для жизнедеятельности, подразделил химические элементы на три группы.

Жизненно необходимые (незаменимые) элементы

Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, В, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.

Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др. Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль пока не выяснены.

Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными элементами.

(Сайд 6). Какова же топография важнейших биогенных элементов в организме человека? Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, то есть микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов. Микроэлементы могут проявлять специфическое родство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях.

Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод – в щитовидной железе, фтор – в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден – в почках, олово – в тканях кишечника, стронций – в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром – в гипофизе и т.д.

(Слайд 7). Недостаток биогенных элементов может привести к нарушению деятельности организма человека. Перед вами находится таблица, в которой указаны симптомы дефицита химических элементов для организма человека (Приложение 2). Сейчас вы выступите в роли диагностов. По симптомам, используя таблицу, определите дефицит, какого элемента испытывает организм человека?

Задача 1. У пациента отмечались: потеря массы тела, замедление роста волос и ногтей, ухудшение роста, дерматит. Кроме того, его темные волосы приобрели красноватый оттенок (марганец).

Задача 2. Больной жаловался врачу, что в последние несколько месяцев он наблюдает у себя увеличение щитовидной железы (йод).

Существует два теста для определения недостатка йода в организме:

Тест № 1. Обмакнув ватную палочку в спиртовой раствор йода, нанесите йодную сетку на любой участок кожи, кроме области щитовидной железы. На следующий день внимательно рассмотрите это место. Если вы ничего не обнаружите, то ваш организм нуждается в йоде, если следы йода останутся – у вас нет йододефицита. Тест № 2, Перед тем как ложиться спать, нанесите на кожу в области предплечья три линии йодного раствора длиной 10 см: тонкую, чуть толще и самую толстую. Если утром исчезла только первая линия – с йодом у вас все в порядке. Если исчезли первые две – обратите внимание на состояние здоровья. А если не осталось ни одной линии – у вас явный недостаток йода в организме.

Задача 3. Проблемой нехватки этого элемента врачи озаботились давно. В давние времена считалось, что это заболевание характерно для юных девушек. В ходу был даже такой термин «бледная немочь». Лица многих девушек в то далекое время действительно выглядели бледными. О каком элементе идёт речь? (железо).

Задача 4. У больного наблюдалось ломкость и исчерченность ногтей, волосы стали ломкими и тусклыми; появился множественный кариес зубов. Он стал раздражительным, плаксивым. У него появились приступы страха (магний).

(Слайд 8). Учитель: Обратите внимание на рис. 40 на странице 95 «Химические элементы в организме человека». Расположите химические элементы в порядке уменьшения их содержания в организме человека. Но если в организме человека содержание микроэлементов невелико, это не значит, что они не нужны, в чём мы уже убедились на конкретных примерах. Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности элементы с пищей (в основном это относится к микроэлементам). Если в пище не хватает каких-нибудь элементов, то возможны различные заболевания. Добавка долей миллиграмма нужного элемента к суточному рациону человека устраняет их.

Учитель: (Слайды 9,10) А теперь решим несколько расчётных задач:

Задача 1. Фосфат кальция со­ставляет минеральную основу костей и зу­бов. Су­точная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Источниками каль­ция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а так­же яйца, гречка и овсянка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пишу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?

Количество кальция в карбонате кальция равно количеству карбоната кальция: Из формулы СаСO3 следует, что n (Са) = n (СаСO3), n(CaCO3) = m/M = 1/100 = 0,01моль Отсюда n(Ca) = 0.01 моль m(Ca) = M x n = 0,01 x 40 = 0,4 г. Таким образом, это меньше суточной по­требности организма (0,8-2 г/день).

Задача 2. В человеческом организме в общей сложности содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соедине­ний), причем половина всей массы иода на­ходится в щитовидной железе. Подсчитай­те, сколько атомов иода находится: а) в щи­товидной железе; б) в человеческом организ­ме в целом.

Число атомов иода в человеческом орга­низме N (I) = Nа • n (I) = Nа • m (I)/M (I); N (I) = 6 •10 20 • 25/127 = 1,18 • 10 20 В щитовидной железе число атомов иода в 2 раза меньше: N1 (I) = 0,5 • 1,18 • 10 20 = 5,9 • 10 19 .

Учитель: (Слайд 11) Зная о химическом составе клетки, мы можем сделать определённый вывод. Скажите, есть ли в составе живой клетки какие-либо особые элементы, которые отсутствуют в неживой природе. Следовательно, на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Недаром поэт Н.С. Гумилёв писал: «Этот камень рычал когда-то, Этот плющ парил в облаках» – Как вы это понимаете? (Слайд 12) На уроках биологии вы изучали химический состав клетки организма человека. Скажите, какие органические вещества входят в её состав? – белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, гормоны, ферменты. Т.е. различия между живой и неживой природой наблюдаются на молекулярном уровне. Органические вещества в основном состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, т.е. из макроэлементов. Сейчас при помощи опытов мы докажем наличие некоторых неорганических и органических веществ в составе клеток живых организмов.

Выполнение лабораторной работы (инструктивная карта) (Слайды 13,14) (При подготовке к лабораторным опытам можно воспользоваться технологической картой (Приложение 3). (Слайд 15) Итак, на основании полученных знаний ранее мы можем сделать вывод словами С.П. Щипачёва из стихотворения «Читая Менделеева»

Другого ничего в природе нет Ни здесь, ни там, в космических глубинах: Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых