Я видел на нашем базаре вчера



страница1/4
Дата25.06.2015
Размер1,2 Mb.
  1   2   3   4

Глава 5. Химический элементарный состав среды и организмов и роль химических элементов в функционировании живой материи, животных организмов. Гомеостаз химических элементов и эволюция живого


Я видел на нашем базаре вчера

Топтавшего глину ногой гончара,

И слышал я глины печальный упрек:

«Была гончаром я. О, как ты жесток.

До нас, как и ныне, сменялись и зори и ночи.

И небо, как ныне, свершало свой круг вековой,

Ступай осторожней на пыльную землю ногой.

Ты топчешь не пыль, а прелестной красавицы очи».

Омар Хайям
5.1 Химический элементарный состав среды и организмов
Белки (во всем их многообразии) являются основной и определяющей структурой живого вещества и несут основные функции: пластическая, каталитическая, гормональная, сократительная, транспортная, защитная, преобразование энергии, хранения и передачи наследственной информации.

Для образования аминокислот и мононуклеотидов, нужны C, O, N, H – 99 % по массе и S, P. Из комбинаций 20 аминокислот и 8 мононуклеотидов могут быть построены все известные в настоящее время n·106 видов живых организмов (Ленинджер, А., 1976).

Но комбинация химических элементов, встречающихся по массе в белках: С – 50-55 %, О – 21,5-23,5 %, N – 15-18 %, Н – 6,5-7,5 %, S – 0,3-2,5 %, Р – 0,1-2,1 %, всегда происходила и происходит в присутствии и во взаимодействии со всеми остальными химическими элементами и их изотопами, устойчивыми и радиоактивными, естественными и искусственными. Следует отметить, что за 4,6·109 лет существования планеты Земля, изотопный, элементарный состав изменился. Особенно интенсивное изменение изотопного, элементарного состава происходило и происходит в 20 – начале 21 века, с развитием ядерных технологий.

Самоорганизованная строма аминокислот, белков в фазе химической эволюции планеты Земля или собранная по программе матрицы ДНК в более позднее время, строится из шести основных элементов (органогенов). Аминокислоты, белки (протеины, протеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды и т.д.) состоят из изотопов, где углерод представлен тремя изотопами: 12С~98 %, 13С – 1,108 % и радиоактивным 14С с периодом полураспада 5730 лет (этот феномен используется для определения возраста органических остатков). Кислород представлен тремя изотопами: 16О (99,759 %), 17О (0,037 %) и 18О (0,204 %). Азот – двумя изотопами: 14N (99,635 %) и 15N. Сера представлена четырьмя стабильными изотопами: 32S (95,018 %), 33S, 34S, 36S. Фосфор – одним. Водород – тремя изотопами: протий, дейтерий (0,015 % в обычной воде), тритий. Дейтерий и тритий очень широко применяют в химии и биологии в качестве меченых атомов (Гайсинский, М., Адлов, Ж., 1968, с. 46).

Таким образом, органические соединения (аминокислоты, белки и т.д.), живые организмы строятся, по крайней мере, из 16 изотопов, 6 химических элементов и взаимодействуют с ~ 1500-1700, а может быть 3000-6000 (?) изотопов, 94 (95, 96?) химических элементов, естественных и искусственных (Гайсинский, М., Адлов, Ж., 1968, с. 9; http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=634542; http://www.chem100.ru/text.php?t=1857; Плутоний, http://nuclear.fatal.ru/plutonium239.html; Радиоактивные изотопы , ru.wikipedia.org/wiki/Радиоактивные_изотопы ; Бадалов, С.Т., 2006; 2007).

То есть 16 изотопов 6 химических элементов (органогенов), самоорганизуясь во взаимодействии друг с другом и изотопами остальных 88 (94, 95, 96?) химических элементов, образуют относительно независимые открытые энергетические системы. Эти системы способны обмениваться с внешней средой энергией и веществом, преобразуя и то и другое, собственно представляют собой спектр биокомпьютеров (от простейшего вируса до человека) с индивидуальными энергетическими источниками, системами воспроизводства и жизнеобеспечения и что является свойством самоорганизации химических элементов. Сейчас мало кто сомневается в возможности существования жизни в космосе, на других планетах на основе углерода. А вот что можно сказать о живом, основанном на других химических элементах, элементарных частицах или других формах материи?…

Из четырех базовых элементов живого планеты Земля H, C, N, O три последних могут быть заменены теоретически на соответствующие по физико-химическим свойствам химические элементы периодической системы Si, P, S.… В этой ситуации живое будет обладать свойствами кремниевых систем (Воронков, М.Г., Кузнецов, И.Г., 1983; 1984). Чем природа может заменить H и молекулу № 1, H2O, вещество, с помощью которого создается жидкая фаза (от ~ 50 до 90 % живого), в которой и происходят все процессы и реакции, обеспечивающие жизнедеятельность живого? Французский биолог Р. Дюбуа оставил замечательную метафору: «Жизнь – это одушевленная вода». Н.А. Бульенков утверждает, что структура воды является основой для эволюции и конфигурационного строения сложных структур природы, в том числе и биологических. Н.А. Бульенков переосмысливает идею древних о воде как первооснове мира. Свои взгляды он формулирует следующим образом. Во-первых, все сложные структуры живого, строятся на некой общей основе. Существует особый «архитектурный каркас» для всех параметрических структур воды. Во-вторых, этот универсальный «кирпич» затем достраивается, входит в более сложные конгломераты конечным числом способов, по нескольким определенным алгоритмам. В-третьих, сложные структуры имеют фрактальное строение, универсальные «кирпичи» и блоки повторяются в различных масштабах (Бульенков Н.А., 1991). Действительно, вода – это не только растворитель, агент гидролиза и среда химических реакций, а также преобладающий компонент химического состава живой клетки. В аспекте энергетики метаболизма вода – важнейший источник H2, e-, H-, H., OH-, H3O+, H+, H2O2, O2 и O3, играющих главную роль в процессах жизнедеятельности (Russell, M.J., 2007).

И все же, вероятно, заменить воду можно, на что – зависеть это будет от нового набора (пакета) органогенов.

Вероятно, фосфор и сера могут быть заменены: фосфор на мышьяк и/или сурьму…, сера на селен и/или теллур….

«В литературе известен пример, когда население провинции, обогащенной мышьяком, употребляет в пищу ископаемые соли мышьяка, сладкие на вкус. Организм привыкает к мышьяку настолько, что если он поступает в количествах, нормальных для других провинций, то это приводит к серьезным болезням и организм излечивается в случае увеличения его содержания в пище. Аналогичное явление наблюдается не только у людей, но и у животных» (Кравков, Н.П., 1931, цит. Кист, А.А., 1973, с. 45-46).

В начале декабря 2010 года в NASA прошла пресс-конференция, посвященная проблеме возможности зарождения и поддержания жизни за пределами Земли. Речь на этой пресс-конференции шла об обнаруженной исследователями NASA в калифорнийском соленом озере Моно бактерии, получившей название GFAJ-1. Как известно, для возникновения «классической» земной формы жизни необходимы шесть элементов: углерод, кислород, водород, азот, сера и фосфор. Но данная бактерия вместо фосфора питается… мышьяком – одним из наиболее токсичных элементов, которые только можно найти на Земле. Судя по результатам эксперимента, фосфор в принципе можно заменить мышьяком.

Найденную в калифорнийском озере Моно бактерию GFAJ-1 ученые выращивали в лаборатории на среде без фосфатов, но с увеличивающей концентрацией соединений мышьяка – арсенатов.

Во-первых, бактерия росла и размножалась.

Во-вторых, мышьяк внедрялся в клетки.

В-третьих, он в составе арсенатов встроился в бактериальную ДНК, заняв место фосфора в составе фосфатов. Последнее ученые установили с использованием радиоактивной метки и рентгеновской спектрометрии.

По мнению астробиолога NASA Майкла Нью, высказанного им на страницах веб-сайта Space.com, «открытие организма, способного использовать мышьяк для строительства собственной клетки, говорит о том, что жизнь может зародиться и при отсутствии большого количества фосфора. Это увеличивает шансы найти жизнь за пределами Земли» (online Science 2 декабря 2010 года [Science Express, doi: 10.1126/ Science.1197258] http://www.ng.ru/science/2010-12-22/9_ufo.html).

Почему-то это открытие рассматривается учеными USA (Randy Showstack, 2010, и другие) как феноменальное, хотя давно известно, что многие металлоферментные и гормональные системы живого не являются абсолютно идеально специфическими и настроенными только на один изотоп того или иного элемента. Как правило, в этом принимают участие несколько изотопов химического элемента (в основном для четных) и изотопов химических элементов аналогов. Исследователи из Великобритании обнаружили, что белки, использующие кофакторы-металлы, могут отличаться крайней неразборчивостью в своих «связях» с металлами, взаимодействуя и образуя комплексы с чужими металлами. По крайней мере, четверть всех белков при выполнении своих биологических функций в клетке используют ионы металлов (например, металлы часто входят в состав активного центра фермента). Исследователи полагали, что белки сами по себе способны к распознаванию правильного металлсодержащего кофактора благодаря особенностям своей первичной и третичной структуры, однако, новое исследование показывает, что белки могут отличаться крайне низкой селективностью при выборе своего металлического партнера. Фактически, при возможности выбора некоторые бактериальные белки более охотно связываются с чужим металлом, чем со своим кофактором (Robinson, N., 2008 (DOI: 10.1038/nаture07340) http://nitrid-chemical.ru/news/1027.htm).

Взаимодействие белков в различных средах организма с химическими элементами протекает по двум направлениям: первое – это способность любых белков и их составляющих к солеобразованию (карбоксилирование, аминирование…) – присоединение катионов или (и) анионов – реакции неспецифические; второе – более или менее специфические взаимодействия белков – металло- и металлоидопротеидов, хромопротеидов и так далее (это транспортные белки, гормоны, ферменты). В состав последних входят изотопы химических элементов, определяемых не названием самого изотопа элемента, а энергетическими и размерностными, то есть физико-химическими характеристиками изотопов химических элементов.

Химический элементарный состав живых организмов формировался и продолжает формироваться средой обитания. Если для первичных организмов необходима более или менее полная идентичность состава внутренней и внешней среды, то по мере усложнения живых организмов связь между этими средами все более ослабевает (Кист, А.А., 1973).

А.И. Венчиков (1978, с. 87) считает, что «данные элементарного состава организма имеют все же условное значение. По-видимому, каждый организм характеризуется собственным сочетанием элементов и в весовом содержании и в качественном составе. Даже на протяжении жизни одного и того же организма количественное содержание минерального состава дает некоторые сдвиги».

В.В. Ковальский (1974, с. 18) пишет: «Количественные определения ряда микроэлементов еще отсутствуют или часто являются малочисленными, а иногда недостоверными, поэтому окончательные обобщения по вопросу о химическом элементарном составе организмов еще преждевременны»… «Использование средних величин обедняет характеристику природных явлений и делает неправильными представления о химическом элементарном составе организмов. Эволюционное значение этих данных может быть понято на основе выяснения закономерностей химической изменчивости организмов. Тем не менее, некоторые авторы (Bowen, 1966) на основе литературных данных устанавливают различия элементарного химического состава морских и наземных растений, морских и наземных животных, бактерий».

Эти утверждения справедливы и сейчас, в начале 3-го тысячелетия. В настоящее время отсутствуют всеобъемлющие справочные данные о химическом элементарном составе организмов (и человека в том числе) с учетом особенностей пищевого рациона, возраста объекта, среды обитания и т.д., то есть в зависимости от вида, структуры популяции, биоценоза, состава среды, экологических условий, суточного и сезонного ритма. И все же, к настоящему времени накоплено громадное количество разрозненных экспериментальных данных. Химическая элементология, как отдельное научное направление естественных наук остро нуждается в обобщающих теориях. Объем информации о количественных показателях содержания и обмена химических элементов в живом стремительно нарастает. Ощущается отсутствие больших, обобщающих теорий, способных объединить и сгруппировать разрозненные факты, указать перспективы дальнейших исследований. Остро нужны общие теории обмена химических элементов в животных организмах, для того, чтобы целенаправленно задавать природе новые вопросы о сущности процессов и явлений в ней происходящих. А без средних величин содержания, концентрации химических элементов в биологических объектах создать общую теорию обмена химических элементов в животном организме, сформировать новое научное направление – элементология (химическая элементология) невозможно.

Неточными эти данные будут, скорее всего, и через 100 и более лет. А вот найденные закономерности, законы, в том числе приведенные и в этой монографии, останутся, и будут использованы цивилизацией для улучшения качества земной жизни человека и для интенсификации приемов и разработки новых методов освоения космического пространства.

Впервые в нашей стране целенаправленно изучение химического элементарного состава живого вещества было начато в начале 20 века В.И. Вернадским. В.И. Вернадский в своих научных трудах (1922; 1924А; 1922Б; 1926; 1933; 1940; 1960; 1965; 1967; 1987 и т.д.) выявил основные закономерности взаимоотношения живого (живого вещества) и окружающей среды. Эти взаимоотношения – взаимосвязь, взаимозависимость живого и окружающей среды были существенно дополнены исследованиями А.П. Виноградова (1932; 1933; 1935; 1946; 1949; 1949А; 1967 и т.д.). Попытки объяснить химический элементарный состав живого (содержание, концентрация) с позиции положения химических элементов в периодической системе сделаны А.П. Виноградовым (1933-1935), А.А. Кист (1967-1987…), W.H.R. Schaw (1960). Они выяснили некоторые интересные феноменологические зависимости между содержанием (концентрацией) химических элементов в живом и атомным номером элемента, принадлежностью к группе, подгруппе периодической системы. W.H.R. Schaw (1960), исходя из общепринятого положения, что периодическая система химических элементов является наиболее совершенной классификацией всех известных в природе атомов, сопоставляет их электронную структуру, атомный вес и атомное число с физико-химическими свойствами (электроотрицательность, способность образовывать комплексы с главной связью через кислород, кислород и фтор и т.д.) и способностью живого вещества использовать атомы в процессах жизни. Цель этих сопоставлений – отыскать физико-химические параметры, делающие атомы жизненно необходимыми.



Результаты работ многочисленных исследователей: В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, А.Е. Ферсман, (1952-1960), А.И. Венчиков (1942-1978), А.О. Войнар (1953; 1960), Г.А. Бабенко (1965), В.В. Ковальский (1957-1983), А.А. Кист (1967-1987), Э.М. Галимов (1966-2010); В.А. Алексеенко, (1969-2003); Л.А. Соков (1969-2011), Е.А. Можаев (1971), А.П. Авцын (1972-1991), А.И. Перельман (1976; 1979), Т.И. Алексеева (1977), В.И. Георгиевский (1978), В.И. Георгиевский и соавторы (1979), А.А. Беус, 1981; В.В. Добровольский (1983), В.В. Ермаков (1999; 2003), В.Л. Сусликов (1999; 2000), А.В. Скальный, А.Г. Быков (2003), А.В. Скальный, И.А. Рудаков (2004А); А.В. Скальный (2004) и многие другие, со стороны зарубежных ученых следует отметить G. Bertrand, et all (1912-1926), W.H.R. Schaw (1960), P. Bienvenu, et all (1963), H.L. Bowen (1966), E.I. Underwood (1971), P.J. Aggett (1985); Дж. Фортескью (1985), А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас (1989), M. Anke, M. Rish; M. Anke (1997; 1999) и т.д., прошу извинить меня, если вас нет в этом списке, можно, вероятно, свести к следующим положениям и сформулировать так:

  1. окружающая среда и животные организмы неразрывно связаны общей историей атомов, эволюция химического элементарного состава живого вещества определяется геохимическими и ядерно-физическими процессами;

  2. химический элементарный состав живого вещества неразрывно связан с химическим элементарным составом земной коры;

  3. высказано предположение, что, по-видимому, все химические элементы таблицы Д.И. Менделеева закономерно охвачены живым веществом;

  4. элементарный состав живого организма в главной части по весу должен определяться гидрогеническими элементами;

  5. найдено, что химический состав живого вещества пропорционален химическому элементарному составу окружающей среды с поправкой на растворимость соединений этой среды;

  6. найдены корреляционные связи между химическим элементарным составом различных объектов Космоса и определена схема генетических связей: Главная последовательность дифференциации первичного Космического вещества – космическая распространенность химических элементов → нелетучее космическое вещество – Земной шар → океаническая вода – земная кора → живое вещество → человек → Цивилизация (Соков, Л. А.);

  7. доказано, что химический элементарный состав живых организмов является видовым признаком;

  8. определены животные организмы и выделены растения «индикаторы», «автографы», избирательно накапливающие тот или иной химический элемент;

  9. обоснованы и введены понятия: биологическая, клеточная, гомеостатическая и резервная емкость химических элементов. Гомеостатическая, биологическая, клеточная емкость, в общих чертах, обратно пропорциональна, а резервная емкость химических элементов животных организмов прямо пропорциональна числу протонов в ядре атома. Причем, теоретически химические элементы, обладающие максимальной биологической (гомеостатической и клеточной) емкостью, располагают минимальными дополнительными резервными емкостями, а химические элементы, обладающие минимальной биологической (гомеостатической и клеточной) емкостью, располагают максимальными дополнительными резервными емкостями (Соков, Л.А.);

10) выделены основные биогеохимические функции и принципы, которые указывают на роль живого вещества в перемещении химических элементов и построении верхних геосфер Земли;

11) введено понятие и обоснована объективная реальность существования «дополнительных» оболочек, которые определяются живым веществом (его массой и распространенностью в пространстве) – это биосфера и человеком – это ноосфера – признак зрелости живого вещества, один из признаков цивилизации;

12) предложены десятки классификаций химических элементов. Например, химические элементы по содержанию в живом веществе условно подразделены на макроэлементы до 10-2 мас. %, микроэлементы от 10-2 до 10-5 мас. % и ультрамикроэлементы < 10-5 мас. %;

13) введено понятие об эссенциальных (генуинных) жизненно необходимых элементах (биотические элементы, биотики, нутриенты, микронутриенты, биоэлементы, органогены, атомовиты и т.д.), постоянно встречающихся в живом химических элементах, биологическая роль которых известна, и примесных химических элементах;

14) найдено, химический элементарный состав живого (по содержанию в нем) является функцией атомного номера. Предложено графическое изображение найденной закономерности отдельно для четных химических элементов, максимумы содержания которых расположены – 2 + 6 + 6…, для нечетных – 1 + 6 + 6…;

15) найдены и определены три группы органов в живом, которые: а) не дифференцируют химические элементы по признаку четный-нечетный; б) накапливают больше четных химических элементов, чем нечетных; в) накапливают больше нечетных химических элементов (Соков, Л.А.);

16) созданы феноменологические математические модели, рассматривающие содержание химических элементов в живом (объектах биосферы) не только как функцию заряда ядра атома (атомного номера), атомного веса, отдельно для групп химических элементов, но и учитывающие орбитальные квантовые числа;

17) открыт новый класс констант химических элементов (слайды – показатели содержания химических элементов, % от материнской системы): поступление химических элементов в животный организм (всасывание из желудочно-кишечного тракта, легких), распределение по органам, тканям (скелет, печень, почки), выведение из организма (Тб), содержание химических элементов в «стандартном» человеке, живом веществе, которые определяются периодическим строением электронных орбит химических элементов (взаимоотношением основного и побочного квантовых чисел n и l), как и физические, физико-химические, химические константы (Соков, Л.А.);

18) выделены физические, физико-химические, химические константы химических элементов периодической системы, ответственные за формирование химического элементарного состава живого вещества, «стандартного» человека, за работу процессов, обеспечивающих поступление и выведение химических элементов из организма, за формирование и функционирование систем, органов, тканей (Соков, Л.А.);

19) установлена закономерность поступления в организм химических элементов (всасывание из желудочно-кишечного тракта, легких), распределения их по органам, тканям (скелет, печень, почки…), выведения из организма (Тб), выраженная в относительных единицах, расположенная по атомному номеру или в периодической таблице развернутой формы, с учетом взаимоотношения основного и побочного квантовых чисел n и l. Найденная закономерность поступления, распределения и выведения химических элементов имеет периодический характер и обусловлена периодическим характером формирования электронных орбит химических элементов в периодической системе (Соков, Л.А.);

20) на базе Z = 6 найден белковый слайд (это одна из основных гомеостатических констант, определяющих метаболизм химических элементов в биологических объектах) – % химического элемента, связанного белками крови, изображенный с учетом числа Мозли – порядкового номера, имеет периодический характер, определяемый характером формирования электронных орбит химических элементов в периодической системе (Соков, Л.А.);

21) токсичность химических элементов (DL50) и максимальный объем водопотребления, в зависимости от растворенных в этой воде химических элементов, имеет периодический характер, определяемый периодическим характером формирования электронных орбит химических элементов в периодической системе;

22) создано учение, введено понятие, объективно выделены биогеохимические провинции;

23) для понимания уровней организации и выделения последовательных связей в биосфере исследователями введены добавочные категории – регионы (биогеохимические зоны) и субрегионы (биогеохимические провинции): биосфера → регионы → субрегионы биосферы → биогеоценозы → популяции → организмы;

24) развитие наук о химических элементах привело к выделению новых направлений в науке – географической экологии, географической патологии и т.д., что дало толчок к дальнейшему развитию экологической физиологии и медицины. А это в свою очередь, привело к созданию нового научного направления – медицинской элементологии, что способствовало более углубленному изучению и пониманию этиологии и патогенеза ряда заболеваний, созданию классификации ряда заболеваний и учения о микроэлементозах, связанных с избытком или дефицитом химических элементов соответствующей местности (геохимических аномалий городов, районов, ландшафтов…).

Одна из главных задач экологической физиологии и медицинской элементологии состоит в глубоком изучении механизмов адаптации с целью использования защитных эффектов для лечения и профилактики болезней.

В настоящее время не со всеми этими положениями можно согласиться. Что-то устарело, что-то спорно, что-то, вероятно, просто не правильно.

Схема 5.1.1 Временная шкала химической и биологической эволюции (Ленинджер, А., 1974, видоизмененная схема)
На схеме 5.1.1 показана ориентировочная схема химической и биологической истории Земли. Физический и химический этапы эволюции изотопов химических элементов начинаются в космическом пространстве и продолжаются на Земле. Считается, что Земля образовалась ~ 4,6·109 лет назад. Атмосфера, окружавшая ее в то время, содержала, по-видимому, воду, аммиак, метан, сероводород, водород, азот, двуокись углерода.… С течением времени водород, аммиак и метан ушли из атмосферы, и она потеряла свои восстановительные свойства.

В ранний исторический период Земли органические соединения возникали из неорганических компонентов атмосферы за счет энергии ультрафиолетовых лучей, электрических разрядов и тепловой энергии. Образовывающиеся органические соединения были растворены в морях. Этот ранний период, названный периодом химической эволюции, длился, вероятно, около 1 млрд. лет. В этот период проходила абиотическая конденсация аминокислот и других простых соединений, приводившая к формированию примитивных полипептидов, полинуклеотидов, полисахаров, липидов.

Как полагают, первые живые клетки были анаэробными гетерофилами, использовавшими в качестве строительного материала и топливного сырья растворенные в воде органические соединения. Первые клетки, способные к фотосинтезу, видимо, возникли позже, причем они, вероятно, выделяли кислород, а донором водорода вместо воды им служил сероводород. Первыми фотосинтезирующими клетками, выделявшими кислород, были сине-зеленые водоросли, до их появления кислорода в атмосфере было очень мало или вообще не было (Руттен, М., 1973; Ленинджер, А., 1974; 1976). С появлением в атмосфере кислорода началось развитие аэробных позвоночных и сосудистых растений.

Жан Батист Ламарк в начале XIX века ввел в науку новое понятие – биосфера. Геологический смысл в термин биосфера вложил в 1875 году австрийский ученый Эдуард Зюсс (Мелуа, А.И., 1998). В дальнейшем учение о биосфере было развито в трудах В.И. Вернадского, А.П. Виноградова, А.Е. Ферсмана и многих других. Исходя из пропорциональности накопления живым химических элементов из окружающей среды А.П. Виноградов, создал учение о биогеохимических провинциях. В этих же работах А.П. Виноградов показал, что элементарный состав живых организмов является видовым признаком и т.д.

«Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить среда, влияющая на него» (Сеченов, И.М., 1861, цит. Гинецинский, А.Г.,1964). «Все физиологические механизмы, сколь бы различны они ни были, имеют только одну цель – сохранение постоянства условий жизни во внутренней фазе» (Claude Bernard, 1878, цит. Гинецинский, А.Г., 1964).

Термин «эволюционная физиология» предложен Lucas, 1908. Дальнейшее развитие эволюционной физиологии и ряд идей тесно связаны с такими именами как А.Н. Северцев (1914), Х.С. Коштоянц (1937; 1950; 1957), Е.М. Крепс (1972). Одним из основоположников эволюционной физиологии был Л.А. Орбели (1958; 1961). Очевидна связь эволюционной и экологической физиологии (Наточин, Ю.В., 1982; 1984).

«Естественный отбор действует исключительно только посредством сохранения и накопления изменений, благоприятных для организма при тех органических и неорганических условиях, которым он подвергается во все периоды своей жизни» (Дарвин, Ч., 1859, цит. Наточин, Ю.В., 1982). Однако, как будет показано ниже, эволюцию живого определяет не только (и не столько) естественный отбор. Существуют фундаментальные законы природы – законы самоорганизации барионного вещества, о которых речь пойдет ниже.

Переход от органических субстратов, возникших в процессе эволюции, к аутокаталитическим системам, положившим начало жизни, произошел примерно 3,7 млрд. лет назад (Кальвин, М., 1971).

Неорганические элементы среды, окружающей клетки, оказывали влияние на процессы, протекавшие в период формирования многоклеточных организмов и образования у них системы внеклеточных жидкостей. Не меньшее влияние они оказывали на развитие живого в тот еще более отдаленный и более длительный период, когда происходило формирование клеток эукариот (схема 5.1.1).

Впрочем, в связи с бурным развитием бактериальной палеонтологии в конце XX – начале XXI века и полученными новыми данными о первых ископаемых остатках жизни, первых живых клетках, временная шкала биологической эволюции должна быть смещена к временной точке начала образования планеты Земля. Может быть, первые органические соединения и протеиноиды частично возникли в первичном протопланетном облаке?

5.2 Роль химических элементов и их участие в происхождении жизни, формировании элементарного состава живой материи, животных организмов

Около 80 лет назад А.П. Виноградовым была предложена классификация химических элементов в соответствии с их содержанием в организме (макро-, микро-, ультрамикроэлементы). Классификация удобна, ее используют и в настоящее время. Ю.И. Москалев и ряд радиобиологов предложили классификацию, в основе которой лежит «тропность» химических элементов к системам, органам, тканям: равномерно распределяющиеся химические элементы, то есть не обладающие тканевой специфичностью, локализующиеся в ретикулоэндотелиальной системе и накапливающиеся в кости (остеотропы, остеофилы). Однако эти классификации не дают ответа на главный вопрос, какова биологическая роль того или иного элемента?

В.И. Вернадский в начале XX века выдвинул гипотезу, согласно которой «по-видимому, все химические элементы закономерно охвачены живым веществом». Правда он нигде не уточняет, как закономерно, то есть, является ли их присутствие в живом жизненной необходимостью. «В принципе в организме можно обнаружить все элементы, присущие морской воде, а в последней, как это доказано и прямыми химическими анализами, встречаются почти все элементы земной коры. Возможно, что живой организм в своем составе содержит все элементы земной коры. Предположение такого характера высказал В.И. Вернадский (1922; 1923)» (Венчиков, А.И., 1978, с. 3).

Многие ученые считают, что только часть химических элементов принимает участие в организации и функционировании живых систем, биологических объектов, другая же часть химических элементов является инертной и если попадает в организм, то в виде примесей случайно. «Элементы, найденные в организме в ничтожно малых количествах, называли «следовыми». Этот термин применяется химиками в тех случаях, когда при анализе открывается присутствие едва заметных количеств тех или иных веществ, «следов» их. Многие рассматривали их как случайные примеси» (Венчиков, А.И., 1978, с. 90). «В иностранной литературе микроэлементы продолжают именовать «следовыми» элементами: в английской – trace elements, в немецкой – Spurenelemente, но во французской – microelements или oligoelements. Именуют их также minor elements» (Венчиков, А.И., 1978, с. 91). Как уже отмечалось выше, в химической элементологии существует масса терминов и понятий для обозначения биологической роли и биологической значимости химических элементов: биотические элементы, биотики, нутриенты, микронутриенты, биоэлементы, атомовиты, органогены, элементы эссенциальные, генуинные и т.д.

Каждый исследователь, предложивший новый термин, новое понятие, вкладывает в него какой-то новый смысл и замысел.

«Если название «биотические элементы» уже применялось (Виноградов, А.П., 1932; Быков, К.М. Учебник физиологии, 1947), то наименование «биотики», естественно вытекающее из термина «биотические элементы», требует пояснений. Термин «биотики» появился в 1942 году (Венчиков, А.И., 1942) в связи с необходимостью охарактеризовать принцип лечения, основанный на применении микроэлементов в качестве естественных (физиологических) агентов» (Венчиков, А.И., 1978, с. 95).

«Биотики – это химические вещества экзогенного происхождения, обладающие свойством путем вхождения в биохимические структуры и системы организма не только участвовать в качестве необходимого агента в ходе физиологических процессов, но и нормализовать их, а также повышать сопротивляемость организма, действию вредных на него агентов. По характеру действия они относятся в основном к биологическим катализаторам.

К биотикам можно отнести микроэлементы, витамины, а также в определенных случаях и некоторые макроэлементы (железо, кальций, сера). Не исключена возможность причислить к ним и другие вещества» (Венчиков, А.И., 1978, с. 96).

«Если элемент имеет значение пластического материала или создает в организме лишь определенное физико-химическое состояние среды (физико-химический остов для протекания жизненных процессов), то нет основания именовать его биотиком. Но с того момента, когда он начинает принимать активное участие непосредственно в самом ходе жизненного процесса, например во внутриклеточном обмене веществ, или его гормональной регуляции, способствовать повышению сопротивляемости организма действию вредных агентов, в таких случаях естественно причислять соответствующий элемент к биотикам» (Венчиков, А.И., 1978, с. 97).

Едва ли такой подход к оценке жизненной необходимости химических элементов целесообразен с методологических позиций, понимания их физиологической роли в живом. Как могут существовать животные организмы без опорных, пластических тканей, мембран клеток, вне- и внутриклеточных жидкостей, протоплазмы? И вообще без воды, в которой происходят, под влиянием, в том числе, и электромагнитного и гравитационного и других полей, конформация макромолекул, простые и сложные физико-химические и биохимические процессы и реакции?

Хотя все эти термины, в общем-то, обозначают одно и тоже – это жизненно необходимые химические элементы или их соединения. Более того, появляются и новые слова. Так в орфографическом словаре русского языка, емкостью в 106000 слов, изданного в Москве в 1974 году есть слова элемент, -а, элементарный, элементоорганический. Слова элементный в русском языке нет, как нет слов биоэлемент, органоген, следовательно, нет и понятий – элементный гомеостаз, биоэлементный гомеостаз, элементный состав, биоэлементная медицина и т. д. Более того, некоторые ученые при ссылке на ранее опубликованные работы исправляют их название на современный лад. Это относится, например, к знаменитой работе А.П. Виноградова (1933-1935): «Химический элементарный (исправлено на элементный) состав организмов и периодическая система Д.И. Менделеева». Химический элементарный состав и звучит не хуже, чем химический элементный состав, да и смысл тот же. Каждое крупное достижение фундаментальных и прикладных наук, несомненно, изменяет мировоззрение людей. Появляются новые представления, понятия. «В науке каждая новая точка зрения влечет за собой революцию в ее технических терминах» (Маркс, К., Энгельс, Ф. Соч. Т. 23, с. 31). Нет сомнения, с развитием наших знаний о природе появляется потребность в новых терминах, в формировании и формулировании новых понятий, новых словах и словосочетаниях, но делать это надо с учетом уже существующего словарного запаса русского языка.

Roger (1937, цит. Венчиков, А.И., 1978) предложил делить химические элементы по принципу постоянства их содержания в организме. А.П. Виноградов биологическую активность химических элементов и их содержание в организме связывает с их атомным номером. Идея зависимости активности химических элементов и их физиологических свойств от места, занимаемого ими в периодической системе, проводится фармакологами (Кравков, Н.П., 1933 и т.д. цит. Венчиков, А.И., 1978). Принцип последовательного изложения материала, согласно расположению химических элементов в периодической системе, использован А.О. Войнар в своих монографиях (1953; 1960).

«Более удобна классификация, как это делают многие авторы, по необходимости микроэлементов для жизнедеятельности организма. Андервуд (Underwood, E., 1971) разделяет микроэлементы на три группы: первая – незаменимые в питании высших организмов (железо, йод, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, селен, хром, олово); вторая – возможно необходимые (никель, фтор, бром, мышьяк, ванадий, кадмий, барий, стронций); третья – элементы, жизненно важное значение которых не установлено» (Венчиков, А.И., 1978, с. 91). А.И. Венчиков (1978, с. 92) предлагает свою классификацию химических элементов. «При классификации элементов естественнее всего исходить из их роли в физиологических процессах. Тогда все элементы независимо от количественного содержания, а в силу доказанности их участия в ходе процессов жизнедеятельности организма следует называть биотическими элементами (биотики). Этот термин мы использовали в дальнейшем. Из имеющихся элементов, прежде всего, необходимо выделить в особую группу встречающиеся в значительных количествах и играющие в организме роль пластического материала, а также создающие определенные физико-химические условия для физиологических процессов (осмотическое давление, реакция среды, состояние коллоидов и др.)». И далее. «На основании сказанного мы имеем право выделить в особую группу (пластическая) элементы, принимающие участие в названных выше процессах. К этим элементам должны быть причислены в первую очередь те, которые, помимо углерода, азота, кислорода, водорода, имеются в организме в сравнительно значительных количествах (макроэлементы Na, Ca, K, Mg, Cl, P)»… «С другой стороны, особо должны быть выделены элементы, принимающие уже непосредственное участие в самом ходе жизненных процессов, в его обмене веществ. Элементы этой группы встречаются обычно в организме в ничтожно малых количествах»… «В эту группу могут быть отнесены следующие элементы: биокаталитические, играющие роль в ферментативных процессах организма либо путем прямого участия их в структуре ферментов (железо, медь, марганец и др.), витаминов (кобальт), либо косвенного влияния на их активность; эндокринные, входящие в построение гормонов (йод в тироксин щитовидной железы) или активирующие их; ретикулоэндотелиальные (мышьяк, ртуть, сурьма)»… «Намечаемая классификация исходит из того, что основной первичный жизненный процесс – обмен веществ».

И затем А.И. Венчиков (1978, с.98) приводит «критерии биотичности элемента, то есть его жизненной необходимости:

1.Постоянное содержание его, но на определенном уровне, в пределах гомеостаза, в растительных и животных организмах, находящихся в нормальных условиях существования.

Важный показатель, но пока еще не всегда обязательный, так как не всякий элемент, поступающий из внешней среды (почва, вода), служит бесспорным показателем значения его для физиологических процессов.

2.Установление значения дефицита микроэлемента для нормальной функции организма.

Первостепенной важности показатель, хотя иногда и трудно устанавливаемый, в частности в отношении элементов, встречающихся в организме в чрезвычайно малых количествах.

Два основных критерия признают почти все исследователи, добавляя к ним и другие (Underwood, E., 1971; Nielson, F., Hopkins, L., 1974 и др.).

3.Вхождение микроэлементов в структуру биологически активных продуктов (ферментативные системы, гормоны, витамины и др.) или участие в их деятельности.

Роль малых количеств микроэлементов в организме должна рассматриваться в первую очередь с позиции вхождения их в биологически активные продукты.1 (1Напоминаем, что активность около 25 % встречающихся в организме ферментов связана с металлами).

4.Физиологическая активность тех количеств элемента, в каких он встречается в естественных условиях существования организма».

Многие исследователи считают, что химический элемент имеет биологическое значение, если он удовлетворяет следующим требованиям:

- постоянно присутствует в организме в количествах, сходных у разных индивидуумов одного вида;

- ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;

- синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;

- эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в пищу (Скальный, А.В., 2004).

А.В. Скальный (2004, с. 22) пишет: «что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то многие из них, по-видимому, случайно накапливаются в организме, поступая с пищей и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако строго ограничивать группу биогенных элементов тоже нельзя, поскольку возможно открытие биологической роли новых элементов». И далее А.В. Скальный (2004, с. 55) замечает «Е.Е. Крисс, И.И. Волченкова, А.С. Григорьева и др. (1986) отнесли к биоэлементам K, Na, Mg, Ca, P, N, O, C, S, Cl, Fe, Mn, Zn, Co, V, Cr, Ni, Cu, Mo, I, Se, Si, F, Br, As и возможно Sn». Биоэлементы – это химические элементы, играющие определенную биологическую роль в организме (Биккулова, А.Т., Ишмуратова, Г.М., 1999).

По нашему мнению (Скальный, А.В., Быков, А.Т., 2003), к биоэлементам может быть отнесен любой химический элемент, находящийся в живом организме в количестве, пропорциях и состоянии, свойственном живой материи или, иначе совместимым с жизнью. В этих количествах и состоянии биоэлемент становится биотическим фактором среды обитания, в отличие от минералов, руд неорганических солей, в составе которых он является абиотическим фактором. По нашему мнению, необходимость разделения химических элементов на два различных состояния естественно вытекает из учения В.И. Вернадского о биосфере и даже развивает его (химические элементы и «биологические» (биотические) элементы).

Таким образом, термин биоэлемент «оживляет» химический элемент, находящийся в абиотическом состоянии, в процессе кругооборота химических элементов в биосфере и делает его более конкретным, т.к. акцентирует внимание на биологической (биотической) роли химических элементов».

Как это понимать? Биоэлемент – это химический элемент, принимающий участие в процессах жизнедеятельности? Или биоэлементом можно считать любой химический элемент, находящийся в организме в соответствующих пропорциях, даже если он организму не нужен, находится там случайно, как примесь, не выполняя в нем какой-либо полезной функции? (Скальный, А.В., 2004, с. 22). В.И. Вернадский считал, что биосфера включает в себя: живое вещество, животные организмы; биогенное вещество – продукты прошлых стадий развития биосферы; костное вещество, образованное до появления живого; биокостное вещество, создаваемое живым; космическое вещество. Однако это деление необходимо было В.И. Вернадскому для понимания закономерностей формирования и эволюции биосферы, геологических образований и месторождений. С этих позиций химические элементы, входящие в состав живого вещества, животных организмов были биокостным, биогенным веществом. Физиологией и биохимией химических элементов в живых организмах В.И. Вернадский не занимался.

А.А. Кист, один из крупнейших специалистов по использованию нейтронно-активационного анализа в биологии и медицине, писал по этому поводу (1973): «Некоторые исследователи отрицают биологическую роль отдельных микро- и ультрамикроэлементов, так как их необходимость для организма не подтверждена с точки зрения второго критерия Андервуда. Химический элемент считается жизненно необходимым, если исключение его и только его одного из рациона влечет за собой глубокие нарушения жизнедеятельности, ликвидируемые при добавлении к питанию этого элемента. Для организма млекопитающих, у которых угол раскрытия отдельных секторов – интервалов минимален, правило Андервуда неприменимо даже для элементов, нормально содержащихся в организме в концентрациях 10-7 % и менее. В таких случаях для определения жизненной необходимости элемента, следует использовать рационы, содержащие данный химический элемент в количестве менее 10-10 %. Для организмов, стоящих на низших ступенях эволюционной лестницы, требуется еще более низкое содержание химического элемента. Очевидно, что и здесь критерий Андервуда не проверяется по чисто техническим причинам, однако это не может служить основанием для отрицания жизненной необходимости этого химического элемента».

Химические элементы периодической системы, условно по отношению к живому веществу, делят на 3 группы: I группа (O, C, H, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, I, Mo, Co, Se, Mn, V) – незаменимые элементы; II группа (Sr, Cd, Br, F, B, Si, Cr, Be, Ni, Li, Cs, Sn, Al, Ba, Rb, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Bi, Sb, U, Th, Ra) постоянно содержится в животных организмах, но биологическая роль их мало выяснена или неизвестна; III группа – химические элементы, периодически обнаруживаемые в животных организмах (Sr, Tl, Nb, Yt, In, Te, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Er, Yb, W, Re, Au) (Ленинджер, А., 1974; 1976; Ковальский, В.В., 1974).

В таблице 5.2.1 представлена периодическая система химических элементов с выделением жизненно необходимых химических элементов. Представления о жизненно необходимых химических элементах меняется по мере выяснения биологической роли новых элементов. По мнению В.В. Ковальского (1974) «на основании менделеевской таблицы с большей долей вероятности могут быть предсказаны элементы, для которых можно ожидать открытия биологической роли и установления их жизненной необходимости».



Таблица 5.2.1 Расположение жизненно необходимых химических элементов в периодической таблице Д.И. Менделеева (Ковальский, В.В., 1974)

Так, продолжает В.В. Ковальский (1974), «по положению в таблице лития и бериллия можно ожидать их участия в ферментативных системах; положение алюминия и кремния указывает на возможности образования этими элементами комплексов, имеющих биологическое значение; ванадий, вероятно, входит в окислительно-восстановительные системы различных тканей подобно роли его в организме асцидий; можно предполагать, что кадмий, хром, как и никель, входят в состав неизвестных еще координационных соединений, которые могут быть использованы на построение ферментов; никель в некоторых случаях способен заменять металл активной группы известных ферментов; кадмий как активатор некоторых ферментных систем (например, фосфорилазы), вероятно, также участвует в регуляции биохимических процессов; биологическая роль титана и скандия может быть неожиданно важной, и эти металлы будут признаны жизненно необходимыми; координационные соединения галлия могут обладать ферментативными свойствами; заслуживают биохимического изучения мышьяк и селен, а так же стронций и барий, образующие координационные соединения; мало исследованы рубидий и цезий».

Ю.И. Москалев (1955), изучая закономерности распределения радиоэлементов, установил, что одновалентные катиона (литий, на­трий, калий, рубидий и цезий) равномерно распределяются в живых организмах. Двухвалентные катиона (бериллий, кальций, стронций, барий, радий) накапливаются преимущественно в скелете, в минеральной его части, трехвалентные и четырехвалентные катионы (лан­таноиды и актиноиды) – в костях, в органической ее части, и в печени. Пяти-, шести-, семивалентные (хлор, фтор, бром, йод, ниобий, теллур, сурьма, полоний и т.д.) либо распределяются равно­мерно, либо преимущественно накапливаются в почках. Ю.И. Москалев установил зависимость распределения радиоактивных элементов от физико-химического состояния вводимой соли, весовой дозы и pH исходного раствора. Автор показал, что характер распределения гидролизуемых радиоактивных элементов с увеличением весовой до­зы или pH исходного раствора изменяется однотипно, что объясняет­ся одинаковыми изменениями физико-химического состояния этих элементов и степени их дисперсности в исходном растворе. Тип рас­пределения элементов, не гидролизуемых при pH тела (цезий, рубидий, стронций, барий и кальций), не зависит от способа введения их весовой дозы и pH исходного раствора. Эти факторы опре­деляют тип распределения элементов плохо растворимых в нейтраль­ной среде организма (церий, иттрий, бериллий). В зависимости от степени дисперсности коллоидальных частиц наблюдается преимуще­ственное накопление радиоактивных частиц в скелете или в печени.

О.К. Добролюбский (1970) связывает количественное содержание элементов в живых организмах и способность к комплексообразованию, с особенностями электронного строения семейств элемен­тов. Так, из известных 105 элементов (имеющихся в природе и созданных искусственно на тот период времени) О.К. Добролюбский выделяет элементы s-, p-семейств (одиннадцать, то есть большинство из всех отнесенных к макроэлементам) как макроэлементы, остальные d- и f-элементы – это микроэлементы, то есть химические элементы d- и f-семейств, за некоторыми исключениями, представлены микро- и ультра-микроэлементам (по разбивке Виноградова, А.П., 1933). И далее ав­тор считает, что сопоставление химических свойств ионов А и Б подгрупп однотипной электронной структура дает приближенный кри­терий характера их биологической роли, а также позволяет прогно­зировать их участие в разнообразных процессах жизнедеятельности (например, для ионов, образованных элементами IA, IБ, IIА, VIА, VIБ подгрупп). Многие микроэлементы образуют внутрикомплексные соединения – хелаты, особенно ионы с 2 и 3 недостроенными кван­товыми слоями (например, d-элементы 4 периода). Максимальной способностью к комплексообразованию характеризуются химические элементы VIIIБ подгруппы (Fe, Co, Ni и другие) и примыкающие к ней элементы IБ и IIБ (подгруппа меди и цинка) и VIIБ (подгруппа марганца), то есть подгруппа, где обязательно находятся необхо­димые животным и растениям микроэлементы.

D.K. Koloni (1980, цит. Авцын, А.П., 1991), как и другие авторы, подразделяет микроэлементы (концентрация от n·10-2 до 10-5) на эссенциальные, предположительно эссенциальные и физиологически инертные. Критериями необходимости исследуемого микроэлемента для организма являются: закономерная реакция на его добавку в состав пищи, возникновение дефицита микроэлемента при устранении его из диеты, корреляция состояния дефицита микроэлемента с субнормальным уровнем его концентрации в крови или в тканях лабораторных животных. Эти данные в отношении ряда микроэлементов отчасти устарели, так как в последние годы доказано, что такие элементы как фтор, бром, молибден, селен в действительности являются эссенциальными для животных организмов (Авцын, А.П., и др., 1991).

Все исследователи единодушно разделяют микроэлементы на эссенциальные, то есть жизненно необходимые (Fe, I, Cu, Co, Zn, Cr, Mo, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li – всего 15) и серьезные кандидаты на эссенциальные (Cd, Pb, Sn, Rb) (Авцын, А.П., и др., 1991).

А.П. Авцын и соавторы (1991) обращают внимание на то, что микроэлементы, имеющие заслуженную репутацию токсичных (As, Sb, Be, Ba, Bi, B, Pb, Te), содержатся в норме в органах и тканях и жидкостях организма человека в значительно меньших количествах, нередко на несколько порядков ниже, чем эссенциальные микроэлементы. Однако другие, несомненно, токсичные микроэлементы концентрируются в единичных органах в относительно больших количествах. Не находит объяснения относительно высокое содержание золота в головном мозге (2,54 мкмоль/кг сухой массы), бора в почках (46,2 мкмоль/кг) и в печени (44,4 мкмоль/кг).

Согласно классификации, предложенной В.Л. Сусликовым, все химические элементы (атомовиты) делятся: а) по количественному содержанию в теле человека (стабильные, постоянные, временные); б) «анатомо-физиологическим» свойствам (структурные, принимающие непосредственное участие в обмене веществ – биокаталитические, эндокринные, гематоатомовиты); в) «витальному значению» для организма человека (незаменимые, взаимозаменяемые, недостаточно изученные); г) интенсивности всасывания в желудочно-кишечном тракте. Сложная классификация и, как и все предыдущие, несовершенная.

Большое количество предлагаемых классификаций о содержании и биологической роли химических элементов в живом свидетельствует об их несовершенстве, недостаточной изученности этой проблемы. А может быть деление химических элементов на генуинные, эссенциальные, жизненно необходимые и инертные, приметные, случайные, токсичные – это тупиковый путь развития этого направления науки? Так или иначе, во всех предложенных классификациях чувствуется энергетика, энергия сильных личностей, желание быть первыми, найти истину. А истина, очевидно, в другом.

С помощью этих классификаций, порой двусмысленных и неопределенных, невозможно объяснить результаты анализа концентрации химических элементов в почках, печени, скелете и т.д.

Едва ли организм является случайным скоплением изотопов химических элементов. Взаимодействие простых солей, атомов или ионов с белковыми или иными структурами организма имеет сложный характер. В этом взаимодействии имеют значение различные физические и химические свойства изотопов и, вероятно, центральное значение имеют заряды и радиусы ионов, и их взаимоотношение. Заряды и радиусы изменяются периодически с порядковым номером (числом протонов).

Параллельно с увеличением положительного заряда катиона Z+ и уменьшением его радиуса r (т.е. с увеличением ионного потенциала Z+/r), увеличивается энергия присоединения к данному катиону различных анионов (в том числе и органических), то есть увеличивается прочность (устойчивость) образующихся соединений.

При высокой степени окисления элемента вместо простых ионов с высоким положительным зарядом образуются сложные комплексные ионы с ковалентной связью между атомами.

Прочность (устойчивость) соединений характеризуется термодинамическими константами, а также такими физико-химическими характеристиками, как произведение растворимости малорастворимых соединений, константами диссоциации малодиссоциированных соединений или pH осаждения гидроокисей и т.п.

При увеличении заряда катиона Z+ или уменьшении радиуса r (т.е. при увеличении их отношения) уменьшается рH осаждения гидроокисей (т.е. требуется меньшая концентрация ионов ОН-). При значительном возрастании величины Z+ сила притяжения групп ОН- настолько увеличивается, что ионная связь переходит в ковалентную и при этом положительный заряд центрального иона, притягивая кислород группы ОН-, отталкивает водородные ионы этих групп. В результате при высокой степени окисления элемента, вместо гидроокиси катиона, образуются анионы…

  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница