Лекция 7.

К природным химическим факторам относятся:

химический состав литосферы:

химический состав гидросферы;

химический состав атмосферы,

химический состав пищи.

Химический состав литосферы, атмосферы и гидросферы зависит от природного состава + выброс химических веществ в результате геологических процессов (например, примеси сероводорода в результате извержения вулкана) и жизнедеятельности живых организмов (например, примеси фитонцидов, эфирных масел) + выброс/использование химических веществ в результате антропогенной деятельности.

Действие химических факторов на организм человека может быть обусловлено: 1. избытком или недостатком содержания естественных химических элементов в окружающей среде (природные микроэлементозы); 2.избытком содержания естественных химических элементов в окружающей среде, связанным с деятельностью человека (антропогенное загрязнение), 3.присутствием в окружающей среде, а также в продуктах питания несвойственных им химических соединений и элементов (ксенобиотиков) вследствие антропогенного загрязнения, использование медикаментов, использование в быту (квартира, мебель, посуда, моющие средства и т.д.).

Антропогенные химические факторы : хозяйственно-бытовые отходы, промышленные отходы, синтетические материалы, используемые в быту, сельском хозяйстве и промышленном производстве, продукты фармацевтической промышленности, пищевые добавки.

Классификация химических факторов по происхождению:

1.Продукты полного и частичного сгорания органического топлива (угля, природного газа, нефтепродуктов, древесины), а также простые продукты окисления - токсические радикалы кислорода и перекиси, окислы азота, сернистый газ, окислы углерода;

2 .Продукты химической промышленности – бензол, фенол, ксилол, аммиак, формальдегид, отходы производства пластмасс, резиновой, лакокрасочной индустрии, нефтеперерабатывающей промышленности;

3.Продукты бытовой и сельскохозяйственной химии: пестициды, детергенты (моющие средства), синтетические ткани и краски, органические растворители для химической чистки, добавки, применяемые для консервации, придания органолептических свойств пищевым продуктам и косметическим средствам;

4. Тяжёлые металлы, поступающие в биосферу при сгорании органического топлива или с заводов, выплавляющих эти металлы из руд;

5. Неорганическая пыль (силикаты, асбест, частицы углерода);

6. Биологические поллютанты, растительные аллергены, бактериальные токсины;

7. Радионуклиды.

Классификация химических факторов по степени токсичности :

1. Малотоксичные соединения (аммиак, нафталин, этиловый спирт, бензин, окись углерода, бутан, нитраты);

2. Умеренно токсичные (уксусная и некоторые другие органические кислоты, спиты метиловый, бутиловый, пропиловый, табак, этилен, пыль;

3.Соединения повышенной токсичности (мышьяк, стронций, цинк, фенол, хлор, сероводород и сероуглерод, цианиды и др.);

4. Высоко токсические соединения (кадмий, ртуть, свинец и их соединения, полициклические хлорированные, ароматические углеводороды, токсические радикалы кислорода, серы, азота).

Химические факторы подразделяются на экзогенные и эндогенные.

Научно-технический процесс (НТП) привёл к тому, что человеку и другим живым существам на Земле приходится контактировать с химическими веществами, не встречавшимися ранее в эволюционном развитии. Или же приходится взаимодействовать с веществами, естественными для состава окружающей среды, но превышающими их изначальные концентрации.

В настоящее время широкомасштабное применение имеют более 60 тысяч химических веществ из 6 млн синтезированных. Ежегодно к ним прибавляется около 1 тыс новых химических соединений.

Пути поступления и распределения ксенобиотиков в организме:

1.чрезкожное : а) через эпидермис; б)через сальные и потовые железы; в)через волосяные фолликулы. Для низкомолекулярных и липофильных соединений основным является трансэпителиальный путь. На процесс всасывания в наибольшей степени влияют физико – химические свойства, и прежде всего их липофильность.

2.Проникновение через слизистые оболочки. Слизистые оболочки лишены рогового слоя и жировой плёнки. Резорбция веществ через слизистые определяется следующими факторами:1.агрегатное состояние вещества; 2.доза и концентрация ксенобиотика; 3.вид слизистой оболочки, её толщина 4.продолжительность контакта; 5.интенсивность кровоснабжения анатомической структуры.

3.пероральное поступление . Некоторые ксенобиотики могут поступать в организм при помощи активного транспорта. Но основным является механизм пассивной диффузии веществ через эпителий ЖКТ.

4.ингаляционное поступление . Ксенобиотики в форме газа или пара, могут легко проникать через лёгкие в кровоток. Крупные частицы накапливаются на слизистой верхних отделов дыхательных путей, средние в более глубоких отделах, мельчайшие могут достичь поверхности альвеол.

После резорбции (всасывания) в кровь вещество в соответствии с градиентом концентрации распределяется по всем органам и тканям, вещества распределяются неравномерно в организме. Некоторые избирательно накапливаются в том или ином органе, ткани, клетках определённого типа. Например свинец, стронций депонируются в основном в костях. Различные токсиканты могут образовывать с биологическими молекулами ковалентные связи и таким образом накапливаться в тканях. Мышьяк вследствие высокого сродства к кератину депонируется в ногтях. Другой механизм депонирования накопление липофильных веществ в жировой ткани, например полициклические ароматические углеводороды, некоторые хлорорганические инсектициды.

Этапы реакции организма на загрязнение природной среды :

1.Накопление загрязнителей в тканях и органах.

2.Возникновение функциональных изменений, выходящих за пределы физиологической нормы.

3.Заболевание.

Следствия химического загрязнения природной среды:

1.появление мутантных организмов с различными формами патологии,

2. устойчивые изменения наследственных свойств и реактивности организма,

3.снижение уровня популяционного гомеостаза,

4.существенные изменения показателей здоровья населения (изменение физического развития, изменение структуры заболеваемости и смертности, снижение репродуктивного здоровья, усиление тенденции к формированию комбинированной патологи)

Действие ксенобиотиков : токсическое (в том числе иммунотоксическое), канцерогенное, аллергенное, мутагенное, нарушение процессов регуляции (эффекторы нейро-эндокринной системы).

Условия, определяющие биологический эффект химических факторов :

доза и время воздействия,

путь поступления организм,

усиление действия за счёт комбинированного пути воздействия

Внутренние:

индивидуальные генетические, половые и возрастные особенности человека,

исходный уровень состояния здоровья.

Элиминация (выведение) ксенобиотиков происходит :

в желудочно-кишечном тракте,

в почках,

в лёгких,

Печень, тонкий кишечник и почки являются центральными органами, в которых происходит концентрация и элиминация чужеродных молекул. Эти органы, как и поджелудочная железа наиболее чувствительны к клеточному повреждению ксенобиотиками. Очень часто такое повреждение происходит за счёт химически реактивных продуктов, которые повреждают макромолекулы, включая ДНК и белки.

Незначительное загрязнение окружающей среды химическими веществами оказывает слабое воздействие на организм человека. При достижении пороговой концентрации развивается неблагоприятная реакция, которая усиливается в дальнейшем при хронических воздействиях.

Порог вредного воздействия – это минимальная доза вещества, при котором в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.

В прошлом токсикология основывалась на мнении «доза определяет яд». Предполагалось, что малые количества яда не ведут ни к каким последствиям, а большие дозы – убивают. Исследования учёных фундаментально изменили принципы токсикологии. Сейчас известно, что частое воздействие малых доз токсинов ведёт к более серьёзным последствиям, чем однократное воздействие высоких доз.

Так, малые количества формальдегида, поступающие в жилые помещения из изолирующих материалов и мебели могут разрушить здоровье целой семьи. Или низко-дозированное воздействие пестицидов или хождение босиком в ранние критические периоды беременности по полу, изготовленному из прессованных материалов, может вызвать серьёзные дефекты центральной нервной системы у плода с необратимыми интеллектуальными нарушениями у рождённых детей.

Экологическая медицина рассматривает в основном хронические формы интоксикациии . Острые же отравления химическими веществами являются предметом токсикологии .

Первоначальная реакция организма на действие токсических веществ направлена на стимуляцию их выведения и обезвреживания. При очень слабых изменениях среды или её отдельных факторов защитно-приспособительные реакции могут не развиваться.

На ранних этапах воздействия токсических соединений в организме развиваются многообразные неспецифические метаболические и функциональные нарушения, которые характеризуются :

Различными нарушениями биоэнергетики клеток,

Снижением синтеза белков, порфирина и гема,

Нарушением систем антиоксидантной защиты,

Нарушением метаболизма аминокислот и жирных кислот,

Иммунными нарушениями.

При длительном действии токсического фактора снижается способность организма к выведению и обезвреживанию токсинов, истощаются защитные системы. В течение времени на фоне продолжающегося воздействия ксенобиотиков происходит истощение внутренних резервов. Развивается грубое нарушение электролитного обмена в клетках, тканевая гипоксия и метаболический ацидоз. Это проявляется симптомами заболеваний. В большинстве случаев имеющиеся отклонения расцениваются как обратимые пограничные состояния.

В то же время у 20% больных они могут перейти в хронические заболевания, так как происходит структурно-функциональная перестройка с развитием полиорганной недостаточности (поражение многих органов). Характер недостаточности органов и систем определяется природой токсических веществ и уровнем здоровья человека.

Факторы, снижающие адаптацию к химическим воздействиям :

Недостаточность биоантиоксидантов(вещества, защищающие мембрану клетки от повреждения) в пищевом рационе : низкое содержание биоантиоксидантов в пищевом рационе из-за бедности почв, недостаточного разнообразия продуктов (низкое содержание в пищевом рационе овощей, ягод, фруктов), а также их разрушение при неправильном хранении и обработке, под воздействием радиации;

Наличие в продуктах питания веществ, угнетающих антиоксидантную систему (нитриты, нит- раты, продукты окисления жиров, ядохимикаты, радионуклиды, тяжёлые металлы);

Несоблюдение принципов рационального питания (высокая калорийность пищи, чрезмерное потребление жиров на фоне недостатка свежих овощей и фруктов, богатых клетчаткой, витаминами и микроэлементами).

Повышенная потребность в биоантиоксидантах : особое физиологическое состояние организма интенсивный рост, беременность, лактация, преждевременное старение); стрессовое состояние, инфекционные и неинфекционные заболевания, вредные привычки (курение, алкоголизм, наркомания), неблагоприятные климатические условия проживания, острые и хронические бытовые и производственные интоксикации.

Патологические реакции организма на действие химических факторов определяются :

Классом токсичности химического фактора, его способности накапливаться в тканях;

Дозами ксенобиотиков и путями поступления;

Временным интервалом (временем нахождения в условиях загрязнённой среды);

Состоянием индивидуальных механизмов защиты, возрастом и полом.

Механизмы токсического действия :

1.Мутагенное действие (гаметотоксичность).

Мутации в половых клетках могут вызываться малыми дозами ксенобиотиков. Контакт с сильными мутагенами возможен в особых производственных условиях. В настоящее время известно, что 5 - 10% химических соединений, используемых в хозяйственной деятельности, являются мутагенами. Эти вещества способны вызывать нарушения в генетическом аппарате половых клеток, которые могут привестик: бесплодию, гибели эмбрионов, наследственным дефектам.

Установлено, что около 10 % детей рождается с физическими и умственными дефектами, обусловленными нарушениями в генетическом аппарате. По генетическим причинам не донашивается 25 % беременностей. Цитогенетические исследования спонтанных абортов свидетельствуют о том, что каждый второй из них связан с мутацией в половых клетках родителей или оплодотворённой яйцеклетки на ранних стадиях её развития.

В некоторых случаях родители являются носителями структурных перестроек. Это ведёт к снижению репродуктивной функции (спонтанные аборты, мертворожденные) с одной стороны, а также к хромосомным аномалиям у плода, - с другой.

Имеются многочисленные данные о росте генетического груза. Так, у населения Европы объём генетического груза увеличился в 2 раза за последние 10 лет. Сейчас каждый 10-й европеец отягощён наследственной болезнью либо серьёзным пороком развития. По мнению ряда учёных 2-3% врождённых пороков развития обусловлены химическими агентами окружающей среды.

В экспериментальных исследованиях показано, что 90 % химических мутагенов индуцируют развитие злокачественных заболеваний.

2.Генотоксичность. Под генотоксическим эффектом понимается способность экологических факторов индуцировать мутации генов соматических клеток (стволовых клеток костного мозга, лимфоцитов, нейтрофилов, фибробластов, эпителиальных и т.д.), которые проявляются: нарушением процессов репарации ДНК, нестабильностью хромосом, хромосомными аберрациями.

Генотоксический эффект во внутриутробном периоде ведёт к развитию большинства врождённых пороков развития . В постнатальном периоде генотоксичность может быть причиной: аутоиммунных процессов, воспалительных, злокачественной трансформации клеток.

3. Ферментопатическое действие : a) блокада ферментных систем биоэнергетики клетки → нару- шение гомеостаза, анаболических процессов → гибель клеток в связи с поражением ядра; б) нарушение физико-химических свойств мембран → разрушение мембраны → разрушение клетки.

На земном шаре практически невозможно найти место, где бы не присутствовали в той или иной концентрации загрязняющие вещества. Даже во льдах Антарктиды, где нет никаких промышленных производств, а люди живут только на небольших научных станциях, ученые обнаружили различные токсичные (ядовитые) вещ-ва современных производств. Они заносятся сюда потоками атмосферы с др. континентов.

Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких вещ-в может вызвать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентраций таких веществ, может привести к потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующиеся в крупных городах в безветренную погоду или аварийные выбросы токсичных вещ-в промышленными предприятиями в атмосферу.

Реакция организма на загрязнение зависит от индивидуальных особенностей организма человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые люди, больные люди. При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ, происходит хроническое отравление.

При хроническом отравлении одни и те же вещ-ва у разных людей могут вызывать различные поражения почек, кроветворных органов, нервной системы, печени.

Сходные признаки наблюдаются и при радиоактивном загрязнении окружающей среды. В результате Чернобыльской катастрофы, заболеваемость среди населения, особенно детей, увеличилась во много раз.

Медики устанавливают прямую связь между ростом числа людей, болеющих аллергией, бронхиальной астмой, раком и ухудшением экологической обстановки в данном регионе. Достоверно установлено, что такие отходы производства, как хром, никель, бериллий, бензопирин, асбест, многие ядохимикаты, являются канцерогенами, то есть вызывают раковые раковые заболевания. Ещё в прошлом веке рак у детей был почти неизвестен, а сейчас он встречается среди них всё чаще и чаще. В результате загрязнения появляются новые, неизвестные ранее болезни. Причины их бывает очень трудно установить.

Огромный вред здоровью приносит курение. Курильщик не только сам вдыхает вредные вещества, но и загрязняет атмосферу, подвергая опасности других людей. Установлено, что люди, находящиеся в одном помещении с курильщиком, вдыхают даже больше вредных веществ, чем он сам.

Кроме химических загрязнителей, в природной среде встречаются и биологические, вызывающие у человека различные заболевания. Это болезнетворные микроорганизмы, вирусы, гельминты, простейшие. Они могут находиться в атмосфере, воде, почве, в теле других животных организмов, в том числе и в человеке.

Самыми опасными являются возбудители инфекционных заболеваний. Они имеют разную устойчивость в окружающей среде. Одни могут жить вне организма человека всего несколько часов; находясь в воздухе, воде, на различных предметах они быстро погибают.

Другие могут жить в окружающей среде от нескольких дней, до нескольких лет. Для третьих окружающая среда является естественным местом обитания. Для четвертых – другие организмы, например дикие животные, являются местом сохранения и размножения.

Часто источником инфекций является почва, в которой постоянно обитают возбудители столбняка, ботулизма, некоторых грибковых заболеваний. В организм человека они могут попасть при повреждении кожных покровов, с немытыми продуктами питания, при нарушении правил гигиены. Болезнетворные микроорганизмы могут проникнуть в грунтовые воды и стать причиной инфекционных заболеваний. Поэтому воду из артезианских скважин, колодцев, родников, необходимо перед питьём кипятить. Известны многочисленные случаи, когда загрязненные источники воды стали причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, дизентерии. При воздушно – капельной инфекции, загрязнение происходит через дыхательные пути при выдыхании воздуха, содержащего болезнетворные микроорганизмы.

К таким болезням относятся: грипп, коклюш, свинка, дифтерия, корь и др. Возбудители этих болезней попадают в воздух при кашле, чихании и даже при разговоре больных людей.

Особую группу составляют инфекц. болезни, передающиеся при тесном контакте с больным или при пользовании их вещами и предметами гигиены. К ним относятся венерические болезни (СПИД, сифилис, гонорея) трахома, сибирская язва.

Люди или домашние животные могут заражаться природно-очаговыми болезнями, попадая на территорию природного очага. К таким болезням относят чуму, туляремию, сыпной тиф, клещевой энцефалит, малярию, сонную болезнь.

Передача возбудителя от животного к животному и от животного к человеку происходит преимущественно через переносчиков, чаще всего через насекомых и клещей.

Человек всегда жил в мире шумов и звуков.

Звуком называют такие механические колебания внешней среды, которые воспринимаются слуховым аппаратом человека (от 16 до 20 000 колебаний в секунду). Колебания большей частоты называют ультразвуком, меньшей – инфразвуком. Шум - громкие звуки, сложившиеся в нестройное звучание.

Длительный шум не благоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к слуху. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Ослабленные клетки нервной системы не могут достаточно четко координировать работу различных систем организма. Отсюда возникают нарушения их деятельности.

Уровень шума.

Измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления,- децибелах. Это давление воспринимается не беспредельно. Уровень шума в 20-30 дБ практически безвреден для человека, Это естественный шумовой фон. Что касается громких звуков, то здесь допустимая граница составляет примерно 80 дБ. Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевые ощущения, а 150 становятся для него непереносимыми. Недаром в средние века существовала казнь «под колокол». Гул колокольного звона мучил и медленно убивал осужденного.

В ходе исторического развития человек приспособился к определенному ритму жизни, обусловленному ритмическими изменениями в природной среде и энергетической динамикой обменных процессов.

В настоящее время известно множество ритмических процессов в организме, называемых БИОРИТМАМИ. К ним относятся ритмы работы сердца, дыхания, биоэлектрической активности мозга. Вся наша жизнь представляет собой постоянную смену покоя и активной деятельности, сна и бодрствования, утомления от напряженного труда и отдыха.

Центральное место среди всех ритмических процессов занимают СУТОЧНЫЕ РИТМЫ, имеющие наибольшее значение для организма. Реакция организма на любое воздействие зависит от фазы суточного ритма (т.е. от времени суток).

Климат также оказывает серьёзное воздействие на самочувствие человека, воздействуя на него через погодные факторы. ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ включают в себя комплекс физических условий: атмосферное давление, влажность, движение воздуха, концентрацию кислорода, степень возмущенности магнитного поля Земли, уровень загрязнения атмосферы.

Питание и здоровье человека.

Важное условие сохранения здоровья и высокой работоспособности – полноценное рациональное питание.

В продуктах питания многие биологически активные вещ-ва обнаруживаются в равных, а иногда и в более высоких концентрациях, чем в применяемых лекарственных средствах. Вот почему с древних времен многие продукты, в первую очередь овощи, фрукты, семена, зелень, применяют при лечении разных болезней. Рациональное питание предусматривает необходимость при составлении суточного рациона учитывать, с одной стороны, потребности организма в основных питательных вещ-вах и энергии, с другой – содержание этих вещ-в и их энергетическую ценность. Необходимо строго соблюдать санитарно-гигиенические правила приготовления пищи. Тщательно мыть, подвергать термической обработке продукты питания. Растения способны накапливать в себе практически все вредные вещ-ва. Вот почему опасна сельскохоз. Продукция, выращиваемая вблизи промышленных предприятий и крупных автодорог.

Ландшафт как фактор здоровья.

Человек всегда стремится в лес, в горы, на берег моря, реки или озера. ЛАНДШАФТ может оказать различное состояние на психоэмоциональное состояние человека. Созерцание красот природы стимулирует жизненный тонус и успокаивает нервную систему. Тяга к природным ландшафтам особенно сильна у городских жителей.

Очень важно чтобы город был биогеоцинозным. Вблизи кварталов могут размещаться только те промыш. предпр., которые не представляют опасности в гигиеническом отношении и необходимы для нужд города. Все предприятия неблагоприятные в санитарном отношении, должны быть выведены за пределы городов. На улицах города и во дворах надо соблюдать чистоту, не мусорить, ничего не ломать. Зеленые насаждения являются неотъемлемой частью комплекса мероприятий по защите и преобразованию окружающей среды. Они не только благоприятные микроклиматические условия, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей. Общая площадь зеленых насаждений в городах должна занимать больше половины его территории.

Проблемы адаптации человека к окружающей среде.

Человек, как и другие виды живых организмов, способен адаптироваться к условиям окруж. среды. АДАПТАЦИЮ человека к новым природным и производственным условиям можно охарактеризовать, как совокупность социально-биологических свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования организма в конкретной экологической среде.

Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжения, утомления. НАПРЯЖЕНИЕ – мобилизация всех механизмов, обеспечивающих определенную деятельность организма человека. В зависимости от величины нагрузки, степени подготовки организма, его функционально-структурных и энергетических ресурсов снижается возможность функционирования организма на заданном уровне, т.е. наступает утомление.

Способность адаптироваться к новым условиям у различных людей не одинакова. Так, у многих людей при дальних перелетах с быстрым пересечением нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, ухудшение самочувствия и настроения, невротические расстройства, обостряются хронич. заболевания. Другие же адаптируются быстро.

Состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой, называется химическим равновесием. Уравнение обратимой реакции в общем виде:

Скорость прямой реакции v 1 =k 1 [A] m [B] n , скорость обратной реакции v 2 =k 2 [С] p [D] q , где в квадратных скобках – равновесные концентрации. По определению, при химическом равновесии v 1 =v 2, откуда

К с =k 1 /k 2 = [С] p [D] q / [A] m [B] n ,

где К с – константа химического равновесия, выраженная через молярные концентрации. Приведенное математическое выражение нередко называют законом действия масс для обратимой химической реакции: отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ.

Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на химическую реакцию, подчиняются закономерности, которая была высказана в общем виде в 1884 году французским ученым Ле-Шателье. Современная формулировка принципа Ле-Шателье такова:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия.

Факторы, влияющие на химическое равновесие.

1. Влияние температуры. В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое - эндотермическому.

При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции.

2. Влияние давления. Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объема за счет изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе.
Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом.

3. Влияние концентрации. Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;
при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое скорость химической реакции и от каких факторов она зависит? От каких факторов зависит константа скорости?

2. Составить уравнение скорости реакции образования воды из водорода и кислорода и показать, как измениться скорость, если концентрацию водорода увеличить в три раза.

3. Как изменяется скорость реакции с течением времени? Какие реакции называются обратимыми? Чем характеризуется состояние химического равновесия? Что называется константой равновесия, от каких факторов она зависит?

4. Какими внешними воздействиями можно нарушить химическое равновесие? В каком направлении смешается равновесие при изменении температуры? Давления?

5. Каким образом можно сместить обратимую реакцию в определенном направлении и довести до конца?

Лекция № 12 (проблемная)

Растворы

Цель: Дать качественные заключения о растворимости веществ и количественную оценку растворимости.

Ключевые слова: Растворы – гомогенные и гетерогенные;истинные и коллоидные; растворимость веществ; концентрация растворов; растворы неэлектроилов; законы Рауля и вант-Гоффа.

План.

1. Классификация растворов.

2. Концентрация растворов.

3. Растворы неэлектролитов. Законы Рауля.

Классификация растворов

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов).

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе.

В зависимости от размеров частиц растворы делятся на истинные и коллоидные. В истинных растворах (часто называемых просто растворами) растворенное вещество диспергировано до атомного или молекулярного уровня, частицы растворенного вещества не видимы ни визуально, ни под микроскопом, свободно передвигаются в среде растворителя. Истинные растворы – термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.

Движущими силами образования растворов являются энтропийный и энтальпийный факторы. При растворении газов в жидкости энтропия всегда уменьшается ΔS < 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS > 0). Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов. Знак изменения энтальпии растворения определяется знаком суммы всех тепловых эффектов процессов, сопровождающих растворение, из которых основной вклад вносят разрушение кристаллической решетки на свободные ионы (ΔH > 0) и взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя (сольтивация, ΔH < 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T·ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

Концентрация насыщенного раствора определяется растворимостью вещества при данной температуре. Растворы с меньшей концентрацией называются ненасыщенными.

Растворимость для различных веществ колеблется в значительных пределах и зависит от их природы, взаимодействия частиц растворенного вещества между собой и с молекулами растворителя, а также от внешних условий (давления, температуры и т. д.)

В химической практике наиболее важны растворы, приготовленные на основе жидкого растворителя. Именно жидкие смеси в химии называют просто растворами. Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода. Растворы с другими растворителями называются неводными.

Растворы имеют чрезвычайно большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и лежащие в основе обмена веществ в живых организмах.

Концентрация растворов

Важной характеристикой растворов служит их концентрация, которая выражает относительное количество компонентов в растворе. Различают массовые и объемные концентрации, размерные и безразмерные.

К безразмерным концентрациям (долям) относятся следующие концентрации:

Массовая доля растворенного вещества W (B) выражается в долях единицы или в процентах:

где m(B) и m(A) – масса растворенного вещества B и масса растворителя A.

Объемная доля растворенного вещества σ(B) выражается в долях единицы или объемных процентах:

где V i – объем компонента раствора, V(B) – объем растворенного вещества B. Объемные проценты называют градусами *) .

*) Иногда объемная концентрация выражается в тысячных долях (промилле, ‰) или в миллионных долях (млн –1), ppm.

Мольная доля растворенного вещества χ(B) выражается соотношением

Сумма мольных долей k компонентов раствора χ i равна единице

К размерным концентрациям относятся следующие концентрации:

Моляльность растворенного вещества C m (B) определяется количеством вещества n(B) в 1 кг (1000 г) растворителя, размерность моль/кг.

Молярная концентрация вещества B в растворе C (B) – содержание количества растворенного вещества B в единице объема раствора, моль/м 3 , или чаще моль/литр:

где μ(B) – молярная масса B, V – объем раствора.

Молярная концентрация эквивалентов вещества B C Э (B) (нормальность – устаревш.) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора, моль/литр:

где n Э (B) – количество вещества эквивалентов, μ Э – молярная масса эквивалента.

Титр раствора вещества B(T B) определяется массой растворенного вещества в г, содержащегося в 1 мл раствора:

Г/мл или г/мл.

Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры; объемные концентрации относятся к определенной температуре.

Все вещества в той или иной степени способны растворяться и характеризуются растворимостью. Некоторые вещества неограниченно растворимы друг в друге (вода-ацетон, бензол-толуол, жидкие натрий-калий). Большинство соединений ограниченно растворимы (вода-бензол, вода-бутиловый спирт, вода-поваренная соль), а многие малорастворимы или практически нерастворимы (вода-BaSO 4 , вода-бензин).

Растворимостью вещества при данных условиях называют его концентрацию в насыщенном растворе. В таком растворе достигается равновесие между растворяемым веществом и раствором. В отсутствие равновесия раствор остается стабильным, если концентрация растворенного вещества меньше его растворимости (ненасыщенный раствор), или нестабильным, если в растворе содержится вещества больше его растворимости (пересыщенный раствор).

Многочисленные исследования показали, что факторами, обусловливающими здоровье, являются:

• биологические (наследственность, тип высшей нервной деятельности, конституция, темперамент и т. п.);
• природные (климат, ландшафт, флора, фауна и т. д.);
• состояние окружающей среды;
• социально-экономические;
• уровень развития здравоохранения.

Эти факторы влияют на образ жизни людей. Установлено также, что образ жизни примерно на 50 %, состояние окружающей среды на 15-20 %, наследственность на 15-20 % и здравоохранение (деятельность его органов и учреждений) на 10 % обусловливают здоровье (индивидуальное и общественное).

С понятием здоровья тесно связано представление о .

Факторы обеспечения здоровья

Эксперты ВОЗ в 80-х годах XX века определили ориентировочное соотношение различных факторов обеспечения здоровья современного человека, выделив в качестве основных четыре производные. Впоследствии эти выводы были принципиально подтверждены и применительно к нашей стране следующим образом (в скобках данные ВОЗ):

• генетические факторы — 15-20% (20%)
• состояние окружающей среды — 20 — 25% (20%)
• медицинское обеспечение — 10-15% (7 — 8%,)
• условия и образ жизни людей — 50 — 55% (53 — 52%).

Таблица 1. Факторы, влияющие на здоровье человека

Сфера влияния факторов	Факторы
	Укрепляющие здоровье	Ухудшающие здоровье
Генетические (15-20%)	Здоровая наследственность. Отсутствие морфо- функциональных предпосылок возникновения заболеваний	Наследственные заболевания и нарушения. Наследственная предрасположенность к заболеваниям
Состояние окружающей среды (20-25%)	Хорошие бытовые и производственные условия, благоприятные климатические и природные условия, экологически благоприятная среда обитания	Вредные условия быта и производства, неблагоприятные климатические и природные условия, нарушение экологической обстановки
Медицинское обеспечение (10-15%)	Медицинский скрининг, высокий уровень профилактических мероприятий, своевременная и полноценная медицинская помощь	Отсутствие постоянного медицинского контроля за динамикой здоровья, низкий уровень первичной профилактики, некачественное медицинское обслуживание
Условия и образ жизни (50-55%)	Рациональная организация жизнедеятельности, оседлый образ жизни, адекватная двигательная активность, социальный и психологический комфорт. полноценное и рациональное питание, отсутствие вредных привычек, валеологическое образование и пр.	Отсутствие рационального режима жизнедеятельности, миграционные процессы, гипо- или гипердинамия, социальный и психологический дискомфорт. неправильное питание, вредные привычки, недостаточный уровень валеологических знаний

Химические факторы

Химические факторы. Химические вещества широко используются человеком на производстве и в быту (консервирующие, моющие, чистящие, дезинфицирующие средства, а также средства для покраски и склеивания различных предметов).

Все химические вещества, используемые в быту, в небольших количествах безопасны для здоровья. Однако нарушение правил их применения может оказать неблагоприятное воздействие на организм.

К химическим веществам следует также отнести и лекарственные препараты, которые назначаются врачами при различных заболеваниях. Многие современные лекарства выпускаются в виде разноцветного драже, имеют очень привлекательный вид, поэтому дети нередко путают их с конфетами. Между тем достаточно и одной таблетки, чтобы вызвать у ребенка серьезное отравление, опасное для жизни.

Биологические факторы

Биологические факторы. Формы существования живой материи на Земле чрезвычайно многообразны: от одноклеточных простейших до высокоорганизованных биологических организмов. Все известные микроорганизмы можно разделить на три группы: совершенно безопасные для человека (сапрофиты), мы с ними постоянно контактируем, но это никогда не вызывает заболеваний; безусловно вредные, т.е. опасные для здоровья человека (встреча с ними всегда чревата развитием инфекционного заболевания, правда, это случается тогда, когда организм не имеет соответствующей защиты); условно патогенные (это микроорганизмы, которые в обычных условиях не вызывают каких-либо заболеваний у человека, однако, когда организм ослаблен вследствие простудного или хронического заболевания, недостаточного питания, авитаминоза, стресса, утомления и т.д., они могут вызвать заболевания). Выделена группа особо опасных микроорганизмов, вызывающих тяжелейшие заболевания у человека. Это, например, возбудители натуральной оспы, чумы, холеры, туляремии, сибирской язвы, полиомиелита.

Итак, биологические факторы внешней среды включают множество биологических объектов, с которыми человеческий организм непрерывно взаимодействует. Различают:

Природные и социально-биологические логические факторы, влияющие на организм человека, неразрывно связаны с вопросами экологического характера.

Экология (греч, oikos - дом, жилище, родина + logos - понятие, учение) - это и область знания, и часть биологии, и учебная дисциплина, и комплексная наука. Экология рассматривает взаимоотношения организмов друг с другом и с неживыми компонентами природы: Земли (ее биосферы). Экология человека изучает закономерности взаимодействия человека с природой, проблемы сохранения и укрепления здоровья. Человек зависит от условий среды обитания точно так же, как природа зависит от человека. Между тем влияние производственной деятельности на окружающую природу (загрязнение атмосферы, почвы, водоемов отходами производства, вырубка лесов, повышенная радиация в результате аварий и нарушений технологий) ставит под угрозу существование самого человека. К примеру, в крупных городах значительно ухудшается естественная среда обитания, нарушаются ритм жизни, психоэмоциональная ситуация труда, быта, отдыха, меняется климат. В городах интенсивность солнечной радиации на 15 - 20% ниже, чем в прилегающей местности, зато среднегодовая температура выше на 1 - 2 градуса, менее значительны суточные и сезонные колебания, ниже атмосферное давление, загрязненный воздух. Все эти изменения оказывают крайне неблагоприятное воздействие на физическое и психическое здоровье человека. Около 80-ти болезней современного человека - результат ухудшения экологической ситуации на планете. Экологические проблемы напрямую связаны с процессом организации и проведения систематических занятий физическими упражнениями и спортом, а также с условиями, в которых они происходят.