Информационно-исследовательский проект «Железо и здоровье человека»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №8
г. Ярцево, Смоленской области.





Информационно-исследовательский проект
«Железо и здоровье человека».




Учебный предмет: химия.
Выполнила: ученица 9 «А» класса
Куликова Маргарита.
Научный руководитель проекта:
Учитель биологии, химии
Орел Светлана Александровна.





2015 год.
Цель:

1)Выяснить значение железа для организма человека.
2)Выяснить из кого источника вода наиболее обогащена железом.



Задачи:

1)Изучить информацию о значение железа в жизни человека.
2)Провести исследование образцов воды из разных источников на предмет содержания железа.
а)Колодезная(родниковая)
б)Речная
в)Водопроводная











1
Содержание.

1)Введение…………………………………………………………………………………………………………3
2)Железо- важнейший химический микроэлемент………………………………………4-5
3)Железо в организме человека…………………………………………………………………….6-7
4)Функции железа в организме……………………………………………………………………….8
5)Усвоение железа организмом……………………………………………………………………9-11
6)Причины дефицита…………………………………………………………………………………….12-14
7)Избыток железа…………………………………………………………………………………………….15
8)Содержание железа в продуктах………………………………………………………………16-17
9)Содержание железа в воде.
Исследования:
9.1-Фильтрованная
9.2- Колодезная(родниковая)

9.3-Речная

9.4-Водопроводная
10)Железное здоровье.
11)Вывод
12)Используемая литература








2
1.Введение.

Этот проект направлен на изучение химических процессов, происходящих с железом в организме человека, влияние железа на организм человека, а так же на выяснение из кого источника вода наиболее обогащена железом. Данную тему важно разрабатывать с целью снижения риска заболеваний, связанных с недостатком и избытком железа в организме. Актуальность рассматриваемых вопросов не вызывает сомнений, так как сбережение здоровья в условиях нарастающих экологических проблем - важнейшая задача человечества.

















3
2.Железо- важнейший химический микроэлемент.



Желе́зо - элемент восьмой группы (по старой классификации - побочной подгруппы восьмой группы) четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

Простое вещество железо (CAS-номер: 7439-89-6) - ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

4

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре - 4,7 % (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.



































5
3.Железо в организме человека.

Содержание железа в организме человека (масса тела 70 кг.) составляет по некото-рым данным-3,5 г. Распределение железа в организме человека (в процентах от общей массы железа) показано в таблице 1.

Возраст человека

Костный мозг, плазма

Мышца

Печень, селезенка

Эритроциты (кровь)

Новорожденные дети раннего возраста

1

7-9

10-12

80

Дети среднего и старшего возраста, взрослые

1

20-22

10-15

65-70

Небольшая часть железа расходуется на рост покровных тканей организма кожи и ногтей. Железо входит в состав пигмента, окрашивающего волосы (рыжие волосы содер-жат в 5 раз больше железа, чем любые другие). Как видно из приведенных выше дан-ных, основная масса железа находится в крови эритроцитах. Это стало известно благодаря открытию француза Мери в XIX веке. Эритроциты-красные кровяные клетки, главная функция которых заключается в осуществлении газообмена организма с окружающей средой, т.е. эритроциты переносит в организме кислород, поступающий при дыхании.

Входя в состав железосодержащего пигмента - гемоглобина, железо определяет красную окраску этого вещества, а также цвет крови.

6
Молекула гемоглобина состоит из двух частей из белка - глобина (основная часть молекулы, которая у разных животных организмов имеет разное строение) и железосодержащей группы - тема, который у всех организмов один и тот же. В составе молекулы гемоглобина четыре тема и в каждом - по одному атому железо, на их долю приходится всего лишь 0,35 % массы огромной молекулы.

Именно железо помогает захватывать кислород и отдавать его там, где он нужен. В организме человека циркулирует около 25 трлн. эритроцитов (в них находится большая часть всего железа, имеющегося в организме), благодаря деятельности, которых мы можем дышать. Срок жизни эритроцитов 3-4 месяца, после чего, выполнив свою функцию, они разрушаются.

"Производство" новых эритроцитов - функция кроветворных органов, главный из которых - костный мозг. У здорового человека он каждые сутки вырабатывает около 200 млрд. эритроцитов, за среднюю человеческую жизнь (70 лет) их поступает в кровь в количестве 5*1023 с общей массой около 500 кг. Каждый из этого несметного числа эритроцитов нужно "зарядить" гемоглобином, а значит, и железом. Чтобы приготовить 0,5 т. эритроцитов, требуется примерно 0,5 кг железа. Однако поступление железа в ор-ганизм с пищей измеряется считанными миллиграммами в сутки, десятками граммов за всю человеческую жизнь.

7
4.Функции железа в организме .

Железо играет крайне важную роль для всего организма человека, без него просто было бы невозможным нормальное функционирование множества систем и органов. Перечислим некоторые особо важные функции железа:

1) транспорт электронов (цитохромы, железосеропротеиды);

2) транспорт и депонирование кислорода (миопюбин, гемоглобин);

3) участие в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов (оксидазы, гидроксилазы, СОД);

4) активация перекисного окисления, предварительно подготовленного ионами меди"

5) транспорт и депонирование железа (трансферрин, ферритин, гсмосидерин, сидерохромы, лактоферрин);

6) участие в синтезе ДНК, делении клеток;

7) участие в синтезе простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов и коллагена;

8) участие в метаболизме гормонов мозгового вещества надпочечников;

9) участие в метаболизме альдегидов, ксантина;

10) участие в катаболизме ароматических аминокислот, пероксидов;

11)лекарственная детоксикация.

Железо жизненно необходимо для нормального функционирования иммунной системы (T-лимфоциты, фагоцитоз). Этот микроэлемент необходим для формирования костей и нервной системы, для работы желудочно-кишечного тракта, эндокринных желез.

8

5.Усвоение железа организмом.
Чтобы железо было усвоено, оно подвергается сложнейшим превращениям. В пищевых продуктах железо находится в трехвалентной форме. Клетки же слизистой оболочки кишечника пропускает железо в двухвалентной форме - в виде соли хлорида железа или сульфата железа. Двухвалентным оно бывает только в составе специальных лекарственных препаратов (таблица 2).

Препарат

Время приема

Железо восстановленное Лактат железа

Во время и после еды

Гемостилулин (с сухой кровью), содержит медь, которая активизирует всасывание железа

Во время еды, запивая разбавленной соляной кислотой (15-20 капель на 0,5 стакана воды), пить отдельными глотками

Гемофер

За 1,5 минуты до еды через соломинку

Ферроплекс

(FeSO₄+ витамин C)

После еды

Сироп алоэ с железом

По 1-2 чайной ложке на прием в 0,25 стакана воды

Разберем подробно, в каких продуктах питания содержится больше железа, что мешает и помогает его усвоению.
Потребное для организма железо бывает двух видов:

- гемовое - содержится в мясной продукции, особенно - в печени, почках, кровяной колбасе),

- негемовое - содержится в гораздо большем объеме в растительных продуктах: бобах, фасоли, сое, чечевице, и других.

9
Гемовое железо усваивается сразу и полностью, негемовое железо усваивается хуже, и требует дополнительного окисления.

В качестве окислителя выступает витамин С, и все продукты, его содержищие. Они должны применяться, как продукты-компаньоны, для нормального усвоения негемового железа, например, фасоль нужно кушать с зеленью, и т.п.

Какие продукты мешают усвоению железа:

Важно не только употреблять в пищу продукты, содержащие железо, но и не препятствовать его усвоению. Дело в том, что железо из мясосодержащих продуктов организм усваивает до 20 % , тогда как из растительных продуктов железо в том же объеме усваивается только на 6%.

Препятствуют усвоению железа:
Чай
Кофе
Молоко
Продукты, богатые кальцием: сыр, творог, сметана, петрушка

Продукты, способствующие усвоению железа

Содержащие витамин С фрукты и овощи. Легко усваивается железо из продуктов, богатых одновременно Fe и витамином С:
Малина, Смородина
Капуста красная
Брюссельская капуста

10
Круговорот железа в организме человека
(Таблица 3)

Железо из продуктов питания

Кишеч-ник

Потеря крови

Депо

Плазма крови

Ткани

Эритроцит

Разрушен-ный эритроцитыы

Костный мозг

11
6.Причины дефицита.

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.

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.

Клинические симптомы дефицита железа:

• бледность кожи и слизистых оболочек;

• быстрая утомляемость при физической работе;

• снижение успеваемости в учебе и ослабление способности концентрироваться;

• одышка;

• тахикардия;

• болезненные трещины в уголках рта;

• сухая и потрескавшаяся кожа;

• гипохромная анемия;

• миоглобиндефицитная атония скелетных мышц;
12

• повышенная утомляемость и легкая возбудимость, переходящая в депрессию;

• головные боли, головокружение, обмороки;

• миоглобиндефицитная миокардиопатия, боли в области сердци,сердцебиения;

• атрофический глоссит, гингивит;

• ломкость волос и раннее поведение;

• ломкость, упрощение, поперечная испорченность ногтей, койлонихия;

• сухость слизистой оболочки полости рта и языка;

• сидеропенический атрофический ринит;

• атрофический гастрит;

• желудочная диспепсия, извращение аппетита и вкуса;

• сидеропеническая дисфагия - синдром Пламмера-Винсона, проявляющийся атрофией слизистой оболочки пищевода, желудка и кишечника с задержкой пищевого комка на уровне перстневидного хряща, формированием ложковидных ногтей, себорейным дерматитом лица, диффузным гиперкератозом, блефароконъюнктивитом; кератитом; куриной слепотой и пр.;

• порфиринурия;

• частые позывы на мочеиспускание и энурез как проявления слабости мышечных сфинктеров;

• иммунодефицитные состояния, проявляющиеся частыми инфекционными заболеваниями: снижение Т-клеточного иммунитета и эффективность фагоцитоза, которые обеспечивают защиту от различного рода инфекций; к тому же в условиях дефицита железа микроорганизмы усиленно продуцируют вещества, которые захватывают железо человеческого организма и используют его для своих нужд, способствуя прогрессированию анемии.

13

Особая проблема - дефицит железа во время беременности. Известно, что 20 - 50 % беременных женщин страдают дефицитом железа, многие вступают в период беременности с уже истощенным депо.

Возможные последствия дефицита железа при беременности:

• невынашивание;

• атонические маточные кровотечения;

• развитие геморрагического шока при кровотечениях;

• повышение риска гестоза;

• опасность инфекции и нарушения процесса заживления ран; нарушение обеспечения кислородом плода;

• увеличение риска преждевременных родов и рождения мертвого ребенка.

14
7.Избыток железа.
Суточная потребность взрослого человека в железе определяется масштабами физиологических процессов кроветворения и кроверазрушения.
Токсичной дозой железа в сутки считается количество 200 мг, летальной - 7 - 35г.

Причины избытка железа в организме:

• Излишнее количество поступления микроэлемента извне, к примеру, при повышенном уровне в питьевой воде.

• Болезни поджелудочной железы, печени, селезенки, включая, вследствие хронического алкоголизма.

• Нарушения обмена железа.

Симптомы избытка железа:

• Накопление и отложение микроэлемента в органах и тканях, сидероз.

• Повышенная утомляемость, упадок сил, головные боли, головокружения.

• Возникновение пигментации кожи.

• Тошнота, рвота, изжога, боли в области желудка, запор либо диарея, повреждения слизистой оболочки кишечника.

• Снижение аппетита, потеря массы тела.

• Печеночная недостаточность.

• Увеличение вероятности возникновения артритов, диабета, атеросклероза, заболеваний сердца и печени и т.д.

• Подавление работы иммунной системы.

• Повышение вероятности развития инфекционных и опухолевых патологий.
  
  
  
  15
  8.Содержание железа в продуктах.
  (Таблица 4)
  
  

• Животного происхождения

• Растительного происхождения

• Печень свиная

• 19,0

• Белые грибы сушеные

• 35,0

• Легкие

• 10,0

• Патока

• 19,5

• Печень говяжья

• 9,0

• Пивные дрожжи

• 18,1

• Печень куриная

• 8,5

• Капуста морская

• 16,0

• Яичный желток

• 7,2

• Тыквенные семечки

• 14,0

• Сердце куриное

• 6,2

• Какао

• 12,5

• Язык

• 5,0

• Чечевица

• 11,8

• Мясо кролика

• 4,4

• Кунжут

• 11,5

• Яйца перепелиные

• 3,2

• Гречка

• 8,3

• Говядина

• 3,1

• Горох

• 7,0

• Икра черная

• 2,5

• Черника

• 7,0

• Курица

• 2,1

• Халва

• 6,4

• Свинина

• 2,0

• Фасоль

• 5,9

• Баранина

• 2,0

• Бобы

• 5,5

• Гематоген

• 4,0

• Грибы свежие

• 5,2

• Смородина черная

• 5,2

• Курага

• 4,7

• Миндаль

• 4,4

• Персики

• 4,1

• Хлеб ржаной

• 3,9

• Изюм

• 3,8

• Шпинат

• 3,5

• Грецкий орех

• 2,9

• Кукуруза

• 2,4

• Шоколад

• 2,3

• Яблоки

• 2,2

• Хлеб пшеничный

• 1,9

• Малина

• 1,7

• Макароны

• 1,6

• Морковь

• 0,9

• Картофель

• 0,8

• Бананы

• 0,8

Таким образом, как видно из вышесказанного, необходимо контролировать количество поступаемого и потребляемого железа, который необходим для правильного функционирования и развития организма в целом.

Следует избегать как его дефицита, так и избытка, чтобы не причинить вред своему здоровью.

17
9.Содержание железа в воде.
Железо является четвертым из наиболее распространенных по массе элементов в земной коре. В воде оно встречается главным образом в двух- и трехвалентных состояниях. Для подачи воды потребителям в распределительные сети используются как чугунные, так и стальные трубы. Различные соли железа применяются в качестве коагулирующих агентов в подготовке питьевой воды.

Формы железа в воде:

Железо может содержаться в воде в нескольких формах. Но для нас будут важными следующие:
1. Двухвалентное железо - оно растворимо в воде. Поэтому, вода, имеющая повышенное содержание двухвалентного железа, прозрачна и бесцветна. Но если вы нальете ее в открытую емкость и дадите постоять некоторое время, на дно выпадет бурый осадок.
2. Трехвалентное железо - не растворимо в воде. При его повышенной концентрации вода имеет желтоватый цвет. А при отстое выпадает бурый осадок.
3. Органические соединения железа - соединения железа с органическими молекулами. Чаще всего, вода, содержащая такие соединения, имеет желтую окраску, но при отстаивании не образует осадка.
Стоит сказать еще об одной форме железа - так называемое «бактериальное железо». Вода, содержащая бактериальное железо, часто имеет специфическую радужную пленку на поверхности и образовывает желеобразные отложения в водопроводной системе.


18
Исследования.
Опыт №1
1)2,5 мл Н2О+2 капли HNO3(конц.)
+2 капли Н2О2
0,1 раствора родонита калия

Результаты исследования.

№

Образцы

ПДК

1.

Фильтрованная

0,2 мл/л

2.

Колодезная

0,3 мл/л

3.

Речная

0,3 мл/л

4.

Водопроводная

0,4 мл/л

Вывод: Во всех исследуемых пробах воды присутствуют катионы железа.


Опыт №2

Оборудование:Н2О,NH4O4 (Сульфосалициловая кислота)
1)25мл Н2+1мл NH4O4
1

Через 15 минут делаем вывод о наличии(или отсутствии) катион Fe.
Мы видим, что в пробирке №2 образец Н2О-самый светлый ,это свидетельствует о наименьшем содержание Fe в Н2О.





Опыт №3

Оборудование: марганцовка и Н2О
Ход:
Чтобы определить наличие Fe-светло-розовый раствор KH4O4 смешивают с образцами Н2О. В случае положительной реакции цвет среды меняется на желтовато-бурый.
Во всех исследуемых пробах катионы Fe присутствуют в допустимой концентрации.

Норма гемоглобина.

Возраст

пол

Уровень гемоглобина

Менее 2 недель

ж/м

135-200

2 нед-1 мес

ж/м

115-180

1-2 мес

ж/м

90-130

2-6 мес

ж/м

95-140

6-12 мес

ж/м

105-140

1-5 лет

ж/м

100-140

5-12лет

ж/м

115-145

12-15 лет

Ж
М

112-152
120-160

15-18 лет

Ж
М

115-153
117-160

18-65 лет

Ж
М

120-155
130-160

Старше 65лет

Ж

М

120-157
125-165

Проблемные вопросы.

1)Каким образом связано железо и здоровье человека?
2)Влияет ли железо на дыхание в живых организмах?
3)Могут ли соли железа быть восстановлены железом?
4)Железо друг или враг?
5)Что такое «обезжелезивание» воды?

Дидактическая цель:
Формирование компетентности в сфере самостоятельного достоверной информации и учебной,научно-популярной лит-ри,

















Гипотеза

«Человек не может обойтись без металлов…Если бы не было металлов, люди влачили бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей».

Самые опасные животные.Топ 10.
1)Лягушка пятнистый древолаз.
2)Самые опасные лягушкаобразные- банановый паук
3)Австралийская пубомидуза или морская оса.
4)Коквцевидный осьминог
5)2 змеи-Внутриматериновый тайпан и Египетспеля
6)Медведь
7)Африканский слон
8)Лев-самый опасные представитель
9)Самые опасные рыбы-пираньи
10)Скорпион Лейурус
11)Крокодилы
12)Носорог
13)Большая белая анупа


Язык и общение животных.Особенности языка и общение животных язык и речь.Язык и речь животных.Язык обезьян,дельфинов,собак.
Эксперименты по обучению человечнообразных обезьян-по
Психологические основы человеческой речи.Общение животных.






10.Железное здоровье.
Красные клетки (эритроциты) содержат гемоглобин - переносчик кислорода, а белые (лимфоциты) ответственны за иммунитет. Таким образом, железо помогает обеспечить клетки кислородом и поддерживает иммунитет. Наконец, железо входит в состав антиокислительных ферментов каталазы и пероксидазы, которые оберегают клетки от разрушительного действия продуктов окисления.

Если уровень железа падает развивается железодефицитная анемия - малокровие. Количество эритроцитов и лимфоцитов уменьшается. Снижается иммунитет, и увеличивается риск инфекционных заболеваний. У детей задерживается рост и умственное развитие, взрослые ощущают постоянную усталость.

Особо ранимы при дефиците железа эпителиальные ткани - кожа, слизистые оболочки полости рта, желудочношечного тракта и дыхательных путей. Это может быть одной из причин дерматитов, экзем и других заболеваний кожи.

Иногда человек получает достаточное количество железа, но все равно страдает от анемии. Это бывает в том случае, когда наблюдаеттся дефицит витаминов, участвующих в кроветворении, в частности витаминов В6, В12 и фолиевой кислоты. В таких случаях говорят о В6-зависимой, В12-зависимой или фолатзависимой анемии.









19
11.Вывод.

1)Ионы железа играют огромную роль в жизнедеятельности человека, так как являются составной частью белков (гемоглобина, трансферрина, ферритина), ответственных за дыхание

2)Избыток или недостаток ионов железа может привести к разным заболеваниям

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОвания и их анализ опыт №1

Оборудование:

пробирка, исследуемая вода,

концентрированная азотная

кислота, перекись водорода,

раствор роданида калия.

Ход работы:

В начале опыта в пробирку взять 2,5 мл исследуемой воды, добавить 2 капли концентрированной азотной кислоты. Затем к полученному раствору добавить 2 капли перекиси водорода и примерно 0,1 мл. раствора роданида калия.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ

№

Образец

ПДК

1

фильтрованная

0,2 мг/л

2

колодезная

0,3 мг/л

3

речная

0,3 мг/л

4

водопроводная

0,4 мг/л

Вывод: во всех исследуемых пробах воды присутствуют катионы железа!

Опыт№2

Оборудование:

вода,

нашатырный спирт,

раствор сульфосалициловой кислоты,

аммиак.

Ход работы:

к 25 мл. воды добавляют 1 мл. нашатырного спирта, 1 мл сульфосалициловой кислоты (продается в аптеке) и 1 мл аммиака. Спустя 15 минут можно делать выводы о наличии (или отсутствии) в пробе катионов железа.

Мы видим, что образец воды во второй пробирке самый светлый, а это свидетельствует о наименьшем содержании желез

ОПЫТ №3

Оборудование:

марганцовка,

исследуемая вода .

Ход работы:

для того чтобы определить наличие железа светло-розовый раствор перманганата калия смешивают с образцами пробы. В случае положительной реакции цвет среды меняется на желтовато-бурый.

Во всех пробах исследуемой воды катионы железа присутствуют в допустимой концентрации!

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ В ВОДЕ

Fe 0.3 мг/л

12.Используемая литература.

1. Андреева Е.А. Химия жизни.- Л.: Дет. лит., 1967. - 254 с.

2. Демина Л.С., Гухман Г.И. Земля.- М.: Мирос ,1994.- 176 с.

3. Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов// Химия в школе.- 1991г.- №2. - С.58-62.

4. Зернов Н.Г., Поляков В.Е. Железо внутри нас// Химия и жизнь.- 1974 г.- № 6.-С. 56-61.

5. Кириева З.В., Коробейникова Л.А. Викторина «Химия и медицина»// Химия в школе.- 1992 г.- №3. - С.15; №4.- С.32.

6. Майский В.В., Муратов В.К. «Фармакология с рецептурой». М.: «Медицина», 1985 г.

7. Макарова К. А. Химия и здоровье.- М.: Просвещение, 1985.- 184 с.

8. Неумывакин И.И. Действие основных продуктов питания на организм.//Химия и жизнь.- 1995 г.- № 2.- С. 24-27.

9. Новиков Ю.В. Природа и человек.- М.: Просвещение, 1991.- 174 с.

10. Петровский К. С. Минеральные вещества и внутренняя среда .- М.: Химия, 1981.- 134 с.
11.Интернет .