Кальций и его биологическая роль

 

-8-

5). Применение кальция и его соединений.

Применение металлического кальция                                                               Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.  Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.                                                                                                                       Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.                                                                                                         Изотоп ⁴⁸Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов ⁴⁸Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов).                                                                                                          Применение соединений кальция

Гидрид кальция. Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH₂ (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.                                               Оптические и лазерные материалы. Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.                                                                                                          Карбид кальция. CaC₂ широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах).                                    Химические источники тока. Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием, используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода (кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода.   

-9-

Огнеупорные материалы. Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.                                                                                                  Лекарственные средства. Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.

Кроме того, соединения кальция  вводят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых.

 

6). Биологическая роль кальция.

  Кальций относится  к макроэлементам. Общее содержание  его в организме 

1,4 %. Кальций содержится  в каждой клетке человеческого  организма. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50 % всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых кальция фосфата Ca₃(PO₄)₂ кальциевых солей жирных кислот:

3Ca²⁺ (p) + 2PO₄^3-  (p) ⇆ Ca₃(PO₄)₂ (т)

Ca²⁺ (p) + 2R-COOH (p) ⇆ (RCOO) ₂Ca (т) + 2H⁺ (р)

  В организме концентрация ионов кальция регулируется гормонами. В костях и зубах взрослого человека около 1 кг кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала ─ гидроксилапатита Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, образование которого происходит при взаимодействии ионов кальция с фосфат-ионами.

  В крови и лимфе  кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии  ─ в соединениях с белками,  углеводами и др. Механизм свертывания  крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят  от наличия ионизированного Ca²⁺. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы, обеспечивают осмотическое давление крови.

  Концентрации ионов  кальция Ca²⁺. внутри и вне клетки соответственно составляют 10^-6 и (2,25 ─ 2,8)10^-3 моль/л. Поскольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного материала в организме, в костях, зубах. Скелет ─ основное хранилище кальция в организме.

  Большая часть кальция содержится в молочных продуктах, оставшийся кальций приходится на мясо, рыбу и некоторые растительные продукты (особенно много содержат бобовые). Всасывание происходит как в толстом,

-10-

так и тонком кишечнике, и облегчается кислой средой, витамином D и витамином С, лактозой, ненасыщенными жирными кислотами. Немаловажна роль магния в кальциевом обмене, при его недостатке кальций “вымывается” из костей и осаждается в почках (почечные камни) и мышцах.

  Усваиванию кальция  препятствует аспирин, щавелевая кислота, производные эстрогена. Соединяясь со щавелевой кислотой, кальций дает нерастворимые в воде соединения, которые являются компонентами почечных камней.

   Содержания кальция  в крови из-за большого количества  связанных с ним процессов  точно регулируется, и при правильном питании дефицита не возникает. Продолжительное отсутствие в рационе может вызвать судороги, боль в суставах, сонливость, дефекты роста, а также запоры. Более глубокий дефицит приводит к постоянным мышечным судорогам и остеопорозу. Злоупотребление кофе и алкоголем могут быть причинами дефицита кальция, так как часть его выводится с мочой.

  Избыточные дозы  кальция и витамина Д могут  вызвать гиперкальцемию, после которой  следует интенсивная кальцификация  костей и тканей (в основном затрагивает мочевыделительную систему). Продолжительный переизбыток нарушает функционирование мышечных и нервных тканей, увеличивает свертываемость крови и уменьшает усвояемость цинка клетками костной ткани. Максимальная дневная безопасная доза составляет для взрослого от 1500 до 1800 миллиграмм.

  Установлено, что,  чтобы усвоить кальций, организму  необходим магний. Установлено также,  что 80-90 % современных людей страдают  от дефицита магния. Это может  проявляться по-разному: бессонница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, мигрень, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия и прочие симптомы и болезни. А при частом употреблении слабительных, алкоголя, больших психических и физических нагрузках потребность в магнии увеличивается.                                                         Рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения суточные нормы потребления кальция.                                                                                                                                                   Дети до 3 лет — 600 мг.

Дети от 4 до 10 лет — 800 мг.

Дети от 10 до 13 лет — 1000 мг.

Подростки от 13 до 16 лет — 1200 мг.

Молодежь от 16 и старше — 1000 мг.

Взрослые от 25 до 50 лет — от 800 до 1200 мг.

Беременные и кормящие грудью женщины — от 1500 до 2000 мг.

-11-

 

7). Используемая литература.

 

1). Химия. Для поступающих  в вузы и подготовки к ЕГЭ/

   О. О. Максименко. – М.: АСТ: СЛОВО: Полиграфиздат,

   2010. – 640 с.

2). Общая и неорганическая  химия: Учеб. для вузов/Я.А. Угай. –4-е

  изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2004. – 527 c.: ил.

3). Общая химия. Биофизическая  химия. Химия биогенных элементов:

    Учеб. для вузов/Ю.А.  Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под

     ред. Ю.А.Ершова. – 4-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2003. – 560 с.: ил.

4). Общая и неорганическая  химия: Учеб. для химико-технол. вузов.  – 

     2-е   изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. – 640 с., ил.

5). Интернет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-12-