Металлы в моей жизни

Обновлено: 07.01.2025

Металл (название происходит от латинского "metallum" — шахта) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и др. К металлам относятся примерно 70 % всех химических элементов.

Роль металлов в жизни человека обозначилась уже с доисторических времен. Первые металлы, с которыми познакомился человек, были медь, золото, серебро, ртуть, железо, олово, свинец. Целые эпохи стали «металлическими»: эпоха меди сменилась эпохой бронзы. На смену бронзе пришел «железный век ». В начале ХIХ века был открыт алюминий. А через полвека человек освоил его производство. Началась эпоха алюминия.

Алюминий – «крылатый металл»

«Крылатые металлы» – обобщенный термин, которым принято называть алюминий, титан и различные сплавы на их основе. Разумеется, эти металлы востребованы во всех отраслях промышленности, но основное их применение – авиация.

История мировой авиации тесно связана с историей создания алюминиевых и титановых сплавов. Более того, для многих стран путь в небо определяется именно «гонкой за металл». И чем прочнее, гибче и надежнее становился алюминий, тем выше, дальше и безопаснее летали самолеты.

Много ли алюминия в природе

Алюминия в земной коре - 8%. Алюминий по распространенности в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая лишь кислороду и кремнию, с которыми в виде алюмосиликатов составляет больше 82 % массы земной коры. В свободном состоянии алюминий не встречается. Значит алюминий - химически активный металл.

Кто открыл алюминий

Одна красивая легенда гласит, что однажды к римскому императору Тиберию пришёл ювелир с металлической, небьющейся обеденной тарелкой, изготовленной, якобы из глинозёма. Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. По всем признакам она должна быть алюминиевой. При этом ювелир утверждал, что только он и боги знают, как получить этот металл из глины. Тиберий, опасаясь, что металл из легкодоступной глины может обесценить золото и серебро, приказал отрубить человеку голову. Очевидно, данная легенда весьма сомнительна, так как самородный алюминий в природе не встречается, а во времена Римской империи не могло быть технических средств, которые позволили бы извлечь алюминий из глинозёма.

Лишь почти через 2000 лет — в 1825 году, датский физик Ханс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия. До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился. Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль изобрёл первый способ промышленного производства алюминия. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 6 – 8 кг.

Можно ли получить алюминий из глины

В чистом виде алюминий не встречается в силу своей высокой химической активности. Он преимущественно встречается в виде соединений с кислородом и кремнием – алюмосиликатов.

Последнее время в качестве руды стали применять нефелины и алуниты. Крупные месторождения бокситов находятся на Урале, в Тихвинском районе Ленинградской области и в Алтайском и Красноярском краях.

Когда алюминий был дороже золота

В 1825 году, когда открыли алюминий, он стоил в 1500 раз дороже железа (сейчас – втрое). Даже 30 лет спустя на слиток алюминия, демонстрировавшийся на Всемирной выставке в Париже, смотрели как на драгоценность. В 1852 г. Килограмм алюминия стоил на 1200 $ - дороже золота!

Что великого сделал Чарльз Холл

К концу XX века алюминий стал намного дешевле, т. к. Чарльз Холл изобрел способ получения алюминия электролизом.

Метод Холла позволил получать сравнительно недорогой алюминий в больших масштабах. Если с 1855 до 1890г. по методу Сент-Клер Девиля было произведено лишь 200 тонн алюминия, то за следующее десятилетие по новому методу уже 28 тыс. тонн!

Какие они - самые примечательные свойства алюминия

Алюминий широко используется в электротехнике, благодаря высо- кой электропроводности и легкости. При одинаковом электросопротивлении алюминиевый провод весит в двое меньше медного.

Алюминий входит в состав известных сплавов, используемых в самолетостроении. Используемые свойства: легкость, прочность, коррозионная стойкость (устойчивость в воздуху и воде).

Алюминий широко распространен в быту, благодаря легкости, прочности, коррозионной устойчивости, нетоксичности.

Почему XX век называют веком алюминия

Сплавы на основе алюминия используются во многих отраслях машиностроения, в строительстве и авиационной промышленности. Алюминий имеет важное преимущество перед железом: он не ржавеет.

Из алюминия делают бытовую посуду, а также фольгу толщиной менее 0,001 мм. Благодаря высокой электропроводности, алюминий используется в электротехнике.

Способность алюминия восстанавливать металлы из оксидов при высоких температурах послужила основой метода алюмотермии – восстановлении тугоплавких металлов, например, хрома и марганца из их оксидов.

Т. к. алюминий обладает хорошей отражающей способностью, то он идет на производство зеркал и серебристой краски. Природное соединение алюминия – корунд (Al2O3) обладает высокой твердостью и тугоплавкостью, поэтому его используют для получения абразивных и огнеупорных материалов. Рубин, сапфир, аметист – окрашенные примесями разновидности корунда исполь- зуются в лазерах, часовой и ювелирной промышленности.

Опасен ли алюминий для организма

Алюминий плохо усваивается растениями из почвы и попадает в организм человека в небольших количествах. Но техногенное загрязнение алюминием окружающей среды, экологические проблемы, широкое применение алюминия в быту может приводить к непривычно высокому для организма человека уровню поступления алюминия. Алюминий легко образовывает соединения с белками, накапливаясь в почках, костной ткани, нервах. Избыточное накопление алюминия в организме может влиять на состояние опорно-двигательного аппарата, почек. Также неблагоприятно алюминий влияет на нервную систему – происходит ухудшение памяти, возникает нервозность.

Глава III Выводы по теоретическим исследованиям

Наши поиски и исследования дали возможность нам сделать для себя некоторые выводы и дополнительно узнать, что: а) Наименование самого металла происходит от латинского названия квасцов

(alumen –«горькая соль» ) KAl(SO4)2 · 12H2O

Иначе его называют глинием, т. к. алюминий входит в состав глины б) Алюминий – занимает третье место после кислорода и кремния и первое среди металлов по распространенности в земной коре ( 8,8 %) в) Из алюмосиликатов, которые выветриваются из полевого шпата ортоклаза, слюды и нефелинов, образуются – глина (главная составная ее часть - каолин-

Al2O3 ·2SiO2 · 2 H2O), кварцевый песок(SiO2), бокситы(Al2O3 · 2 H2O) и корунд (Al2O3). Встречаются и окрашенные кристаллы корунда – драгоценные камни - рубин и сапфир. Все это - природные материалы, в алюминий находится в связанном состоянии.

В свободном состоянии алюминий не встречается.

Отсюда вывод - алюминий достаточно химически активный металл.

г) Алюминий - нетипичный металл, его оксид и гидроксид обладают амфотерными свойствами д) Алюминий – самый используемый в жизни металл после железа, т. к.

• сплавы на основе алюминия (дюралюмин, силумин) сочетают легкость с высокой механической прочностью. Поэтому они используются во многих отраслях машиностроения, в строительстве и авиационной промышлен- ности (за что алюминий и называют «крылатым металлом»)

• алюминий имеет еще одно преимущество перед железом: он не ржавеет, имеет хорошую коррозионную стойкость. Высокая прочность и хорошая коррозионная стойкость обеспечивается за счет оксидной пленки – Al2O3, которая защищает металл от воды и дальнейшего окисления металла кислородом воздуха. Пленка тончайшая, но она обладает твердостью, близкой к твердости алмаза и при этом имеет высокую температуру плавления (tпл = 20500С)

• алюминием покрывают чугунные и стальные изделия с целью повышения их коррозионной стойкости

• т. к. алюминий пластичный, нетоксичный, обладает хорошей тепло-проводностью, то из него делают бытовую посуду, а при 100 – 1500С из него удается получить фольгу толщиной менее 0,01 мм, поэтому она применяется в производстве конденсаторов и как оберточный материал

• т. к. алюминий обладает высокой электропроводностью, то он используется в электротехнике - из него изготовляют алюминиевые провода. Алюминиевые провода намного легче медных, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия по сравнению с медью(2/3 от меди)

• алюминий – активный металл, поэтому его используют в качестве восстановителя для получения некоторых редких металлов в свободном виде

• оксид алюминия (корунд) обладает высокой твердостью и тугоплавкостью ( tпл. = 2050 0C), поэтому его используют для получения абразивных и огнеупорных материалов

ГЛАВА IV Практические исследования

3. 1 Внимательно посмотрим на алюминий

Алюминий – серебристо-белый легкий металл, плавящийся при температуре 6600C. Очень пластичный, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы: из него можно изготовить фольгу, толщиной менее 0,01 мм. Алюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью. Его сплавы с различными металлами прочны и легки.

Как можно снять оксидную пленку

Мы соскоблили наждачной бумагой матовую оксидную пленку с алюминиевой пластинки. Проявился яркий металлический блеск алюминия. Вывод: алюминий покрыт тонкой, но очень прочной оксидной пленкой.

Мы погрузили алюминиевую пластинку в дистиллированную воду, зачистили ее наждаком под водой и оставили ее на несколько часов. На поверхности пластинки наблюдали пузырьки газа. Вывод: если снять оксидную пленку, алюминий начинает взаимодействовать с водой - при этом выделяется газ – водород.

Оксидную пленку можно растворить в кислоте и в щелочи, тогда реакция с водой начинает протекать гораздо энергичнее.

Кусочки алюминия мы поместили в две пробирки. В одну из них добавили раствор соляной – HCl (либо серной кислоты –H2SO4), в другую – раствор щелочи -NaOH. Наблюдали медленное растворение оксидной пленки, а затем энергичное взаимодействие металла с водой и кислотой, с водой и щелочью. Металл растворялся и при этом выделялся водород, который мы подожгли спичкой – слышали характерный звук – «пах». Вывод: оксидную пленку можно растворять растворами кислот и щелочей.

Можно ли расплавить алюминий в школьной лаборатории

Конец металлической проволоки нагревали на пламени спиртовки. Проволока внезапно провисла. Расплавленный алюминий (tпл. = 660 0C) оказался в чехле из оксида алюминия (tпл. = 2050 0C) , т. к. нижний конец проволоки - его чехольчик, раздувается от стекающего туда расплавленного алюминия. Вывод: а/алюминий покрыт тонкой, но тугоплавкой и очень прочной оксидной пленкой; б/ алюминий расплавить в школьной лаборатории можно, но увидеть его в расплавленном состоянии нельзя: он «спрятан в чехле».

Попробуем сделать «алюминиевый самолетик»

Мы изготовили модель самолета и решили отделать его корпус алюминиевой фольгой. У нас это получилось. Вывод: алюминий – очень пластичный и прочный металл.

Исследуем «химическое лицо» алюминия

Кусочки алюминия мы поместили в две пробирки. В одну из них добавили раствор соляной – HCl (либо серной кислоты –H2SO4), в другую – раствор щелочи - NaOH. Мы наблюдали медленное растворение оксидной пленки, а затем энергичное взаимодействие металла с водой и кислотой, с водой и щелочью. Вывод: а)алюминий – нетипичный металл, т. к. он может реагировать как с кислотой, так и со щелочью (типичные металлы со щелочами не взаимодействуют!); б)оксид алюминия – Al2O3 обладает двойственными функциями – может реагировать как с растворами кислот, так и щелочей, т. е. обладает амфотерными свойствами (от греч. «амфотерос» - и тот и другой )

В пробирку мы поместили несколько кусочков алюминия и добавили раствор азотной кислоты. Наблюдали растворение металла и выделение газа – оксида азота (II)- NO , который превращался в бурый газ – оксид азота (IV) - NO2.

Мы поместили в пробирки кусочки алюминия и добавили по несколько капель концентрированных кислот - серной и азотной. Признаков реакции не наблюдали. Вывод: алюминий пассивируется от действия указанных концентрированных кислот (явление, описанное М. В. Ломоносовым).

3. 6 Почему лучше не мыть алюминиевую посуду с содой

Сода – NaHCO3 в водном растворе обладает щелочной реакцией (мы это проверили с помощью индикаторной полоски). А в ходе эксперимента мы выяснили, что алюминий реагирует со щелочью. Вывод: алюминиевую посуду мыть с содой нежелательно.

3. 7 Может ли алюминий вдруг покраснеть

Конец алюминиевой проволоки мы протравили в растворе кислоты (можно и в щелочи), а затем опустили в раствор медного купороса. Конец проволоки мгновенно «покраснел» - покрылся красноватым налетом меди.

Глава V Выводы по практическим исследованиям а) Мы познакомились с внешним видом алюминия, некоторыми его физическими свойствами: алюминий – серебристо – белый металл, с характерным металлическим блеском, легкий, пластичный, с хорошей теплопроводностью.

б) Убедились в том, что алюминий покрыт защитной пленкой – очень тонкой, прочной, тугоплавкой.

в) Исследовали химическую природу защитной пленки и апробировали возможности удаления ее с поверхности металла. Убедились в том, что защитная пленка – это окисленный на поверхности металл. Пленка практически останавливает дальнейшее окисление алюминия и препятствует его взаимодействию с водой. Ее присутствие влияет на общую активность металла.

г) Нам удалось удалить пленку двояко: механическим путем (соскабливанием) и химическим путем (растворением ее в растворе кислоты, либо щелочи). На основании этого делаем вывод о природе оксида алюминия: оксид алюминия обладает двойственными функциями, он – амфотерен.

д) Мы исследовали химический характер алюминия: испытали его отношение к воде, кислотам, щелочам, солям. В результате пришли к выводу, что алюминий весьма активен, если нет защитной пленки Al2O3. В то же время мы убедились, что алюминий нетипичный металл, т. к. в отличие от типичных металлов он может реагировать не только с кислотами, но и со щелочами.

е) С помощью химического эксперимента мы разобрались в вопросе, почему не рекомендуется мыть алюминиевую посуду с содой: мы убедились, что сода обладает щелочной реакцией, поэтому сделали вывод - возможна ее реакция с алюминием.

ж) Когда мы очистили алюминиевую проволоку от пленки, подержав ее в растворе щелочи, а затем опустили в раствор медного купороса, то увидели как алюминий «покраснел». Это алюминий покрылся налетом красной меди. Теперь мы знаем, что алюминий активный восстановитель - он восстановил медь из ее соли – сульфата меди (II).

Проект "Металлы в жизни человека"

Детская исследовательская работа по химии "Металлы в жизни человека" рассматривает историю открытия и изучения металлов, а также их положения в периодической таблице Менделеева и использование в быту.

Подробнее о проекте:

В процессе работы над исследовательским проектом по химии об исследовании свойств и особенностей металлов учащийся техникума рассмотрел историю использования алюминия в быту, его положение в периодической системе и особенности строения атома алюминия. В работе перечислены свойства алюминия, рассмотрены основные области применения алюминия и его влияние на организм человека.

Учащийся 1 курса техникума в рамках своего проекта по химии на тему "Металлы в жизни человека" дал определение такого металла, как железо, и рассмотрел историю его использования в быту. В работе можно узнать о положении железа в периодической системе Менделеева и строение атома железа, а также основные области его применения и соединения. В своем проекте ученик рассказал о влиянии железа на организм человека и провел практическую работу по теме исследования.

Введение
1. Алюминий.
1.1 История использования алюминия в быту.
1.2 Положение в периодической системе Менделеева и строение атома алюминия.
1.3 Свойства алюминия.
1.4 Основные области применения алюминия.
1.5 Влияние алюминия на организм человека.
2. Железо.
2.1 История использования железа в быту.
2.2 Положение в периодической системе Менделеева. Строение атома железа.
2.3. Основные области применения железа.
2.4.Соединения.
2.5 Влияние железа на организм человека.
5. Практическая часть: алюминий.
6. Практическая часть железо.
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

Введение

В настоящее время нельзя представить жизнь человека без металлов. Они играют большую роль. Из металлов изготавливаются посуда, транспорт, украшения, стройматериалы и т.д. Изучая химию, я узнал о свойствах металлов, о которых раньше не подозревал.

Мне стало интересно, какие металлы более распространены в быту. Для того, чтобы это узнать, я провёл социологический опрос.

По результатам социологического опроса, мной было выявлено, что наиболее распространёнными металлами являются алюминий и железо. Я решил узнать подробнее об этих металлах:

Алюминий - это достаточно дешевый, легкий и долговечный материал. Он хороший проводник тепла, следовательно, вода и пища в такой посуде нагреваются быстро.

Еще совсем недавно алюминиевая посуда была очень распространена. Но сейчас его популярность сходит на нет, так как в течение многих лет о нем ходят разные слухи. Некоторые люди считают, что алюминий токсичен, другие говорили о связи между алюминиевой посудой и болезнью Альцгеймера. Действительно ли использование алюминиевой посуды опасно для Вашего здоровья?

Об этом сейчас часто спорят. Мы сами дома часто пользуемся алюминиевой посудой и не видим в ней какой – либо опасности. Существуют также другие источники попадания ионов алюминия в организм человека, которые на данный момент изучены гораздо меньше. Считается, что алюминий может попасть в организм человека также через воздух (вдыхание паров), косметические и парфюмерные средства (помада, дезодоранты), лекарственные препараты.

Железо – один из самых распространенных металлов в земной коре. Люди научились извлекать железо из руды и обрабатывать его около 4 тыс. лет назад.

Содержание железа в земной коре составляет 4,65%, а в целом наша планета состоит из железа почти на 35%. В основном оно сосредоточено в земном ядре. Однако железа много не только в земной коре. Этот металл является основным составляющим нашей жизни.

Железо, а точнее его сплавы, в основном используется в строительстве. Из него изготавливают как сложные детали для сборки машин, так и обычные гвозди, которые доступны для всех слоев населения.

Ионы железа являются составляющей частью гемоглобина, который занимается переносом кислорода, необходимого для протекания окислительно-восстановительных процессов в организме. Железо придаёт гемоглобину красный цвет, поэтому кровь животных и человека так же красного цвета. Данный элемент попадает в организм с продуктами питания – печенью, яблоками, творогами, сливами, дынями, хурмой, тыквой, помидорами и абрикосами.

В тоже время мы редко задаёмся вопросом как влияют эти металлы на организм человека ,на повседневную жизнь человека.

Данное исследование актуально, ведь мы встречаемся с этими металлами каждодневно, может быть зная их свойства мы откажемся от их применения или будем применять их с осторожностью?

Предмет исследования: алюминиевая посуда, яблоки.

Проблема исследования: влияние металлов на организм человека и на повседневную жизнь человека.

Гипотеза исследования: металлы могут влиять на организм и на жизнь по- разному.

Цель: исследовать как металлы алюминий и железо влияют на организм человека и на повседневную жизнь человека.

Значение металлов в жизни человека?

Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.

На данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. За год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. Используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %), чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) Сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку.

Для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом Томаса.

Черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. Всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. Для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. Не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы.

Немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. К таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади.

Химическое отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство - магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. В природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. Железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%).

Самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на Урале, в горах Высокая, Благодать, Магнитная, в некоторых районах Сибири – бассейне реки Ангара, Горной Шории, на территории Кольского полуострова.

За последнее время в Казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (Кустанайская область) : Качканарское, Соколовско-Сарбайское и многие другие.

Метал очень важен читайте до конца пожалуйста я немного изменила. Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.

Металлы в жизни человека

Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Практически вся жизнь человека связана с металлами. Металлы находятся в составе многих окружающих нас предметов, техники, транспорта. А металлы в свободном состоянии могут образовывать соли и даже входить в состав человеческого организма. Да что там могут — они необходимы человеческому организму для нормального функционирования и развития. В нашей повседневной практике мы ежеминутно встречаемся с металлами.

Еще в Средневековье алхимики утверждали, что поведение и характер человека зависят от того, какое количество металлов содержится в организме. Если в нем преобладает много свинца, то человек угрюмый и предпочитает темные тона в одежде. Если много железа, то он агрессивный и раздражается от красного цвета. А вот если в организме много меди, то человек дружелюбный и мягкий. Доля правды в этом конечно есть: в организме живых существ металлы оказывают влияние на все процессы жизнедеятельности.

Что уж говорить о важности металлургии. Нас просто окружают металлические изделия, которые делают нашу жизнь проще и комфортнее. Металлы широко используются практически во всех сферах промышленности.

Актуальность выбранной темы: среди самых актуальных категорий в системе ценностей общества лидирующую позицию в настоящее время занимает вопрос сохранения и укрепления здоровья человека. Организм человека – это сложная биохимическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без взаимосвязи с окружающей средой. От того, какая это будет окружающая среда, что будет из неё попадать в организм с воздухом, водой и пищей, во многом будет зависеть здоровье человека.

Цель проекта: определить значение металлов в нашей жизни;

выяснить влияние металлов на организм человека.

Задачи проекта:

1. Изучить значение металлов для человека.

2. Раскрыть биологическую роль металлов.

3. Рассмотреть влияние недостатка и избытка металлов на здоровье человека.

4. Перечислить источники поступления металлов в организм человека.

5. Провести анализ практических результатов исследования.

Объект исследования: металлы как химические элементы.

Предмет: биологическая роль металлов.

Вид проекта: информационный.

Методы исследования: анализ, обобщение, систематизация.

Продукт проекта: кроссворд.

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1. Металлы в науке

Конструкционные материалы

Металлы и их сплавы — одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Электротехнические материалы

Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Инструментальные материалы

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части).

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний. Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми. В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия. Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Сплавы алюминия незаменимы в самолётостроении, вагоностроении и кораблестроении. В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые. В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

1.2. Металлы в организме человека.

В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических реакций. Можно сказать, что каждая живая клетка представляет собой микроскопическую химическую лабораторию.

Совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организме называется обменом веществ, или метаболизмом. Обмен веществ обеспечивает развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

В обмене веществ участвуют и неорганические, и органические вещества. Химические элементы, которые образуют эти вещества, называются биогенными элементами.

Часто говорят, что в организме человека содержится вся таблица химических элементов Д.И. Менделеева. И это не далеко от истины: в организме человека обнаружено более 80 химических элементов.

В живом организме не только присутствуют металлы, но и каждый из них выполняет какую–то биологическую функцию. На данном этапе развития цивилизации выявляется биологическая роль всё большего числа биогенных металлов. Изучает химический состав и структуру металлов–биогенов, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме, наука биохимия.

Металлы–биогены или биогенные металлы – это металлы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение.

О том, что в организме содержатся металлы, науке было известно давно. Но их исключительное значение для живой природы открылось не сразу. Сегодня твёрдо установлено, что для живых существ необходимы, по крайней мере, 10 металлов. Это железо, медь, магний, кобальт, цинк, марганец, молибден, натрий, калий и кальций. Их называют металлами жизни. Эти элементы входят в состав всех живых организмов и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Содержание большинства из них в организме ничтожно. Но отсутствие хотя бы малого количества любого такого микроэлемента приводит к недугам.

Если бы мы, подобно средневековым алхимикам, захотели создать искусственным путём человека, то для этого надо было бы применить от 30 до 40 разных химических элементов, около 25 которых – это металлы. Роль металлов в организме человека очень и очень высока. Каждый металл своеобразен и каждый выполняет свою функцию. Металлы в организме человека самые различные – кальций, калий, натрий, магний, железо.

Основным источником поступления металлов в организм человека являются пищевые продукты.

Таблица 1 - Содержание «металлов жизни» в организме человека

Массовая доля (в %)

Масса (в г/70 кг)

1.4.Функции металлов-биогенов в организме человека.

Все элементы выполняют свою роль в организме человека, поэтому избыток или их дефицит приводят к неприятным последствиям.

Главная функция железа – это перенос кислорода и участие в ОВР. Также, железо принимает участие в ферментативных реакциях и иммунных функциях. Дефицит железа приводит к анемии, то есть уменьшение количества эритроцитов в крови человека. Поэтому, чтобы поддерживать уровень железа на определенном уровне необходимо употреблять железосодержащие препараты или пищевые. Избыток железа приводит к гемохроматозу, то есть накопление железа в органах; а также избыток железа может вызвать аллергические реакциии угнетает иммунную систему организма.

Марганец является важным составляющим множества ферментов, которые выполняют следующие функции: синтез и обмен нейромедиаторов в нервной системе, синтез гормона щитовидной железы тироксина, обеспечение нормального развития скелетной системы. Марганец имеет несколько степеней окисления и, стало быть, может участвовать в окислительно-восстановительных процессах. Избыток марганца в организме сказывается на нервной системе: появляется сонливость, сильная утомляемость, ухудшение памяти. Также, в больших количествах марганец является ядом, который поражает сердечно-сосудистую систему, легкие и вызывает сильные аллергии. Дефицит марганца вызывает мышечную дисфункцию, припадки эпилепсии, нервные расстройства, нарушение репродуктивной функции

Медь имеет большое значение для организма, так как медь участвует во многих процессах в организме (обмен веществ), входит в состав ферментов, участвует в поддержании нормальной структуры костей, хрящей, сухожилий и эластичности кровяных сосудов. Также медь способствует усвоению железа в организме и обладает сильным противовоспалительным свойством, и повышает устойчивость к инфекциям. При дефиците меди резко снижается ферментативная функция и идет замедление белкового обмена. Избыток меди приводит к мышечным болям, приводит к почечной недостаточности, неврологическим нарушениям.

Цинк участвует в обменных процессах, в синтез коллагена, в процессах деления клеток, в формировании Т-клеточного иммунитета, в синтезе белков, в выработке инсулина и в процессах регенерации кожных покровов. Недостаток цинка в организме приводит к нервным расстройствам, снижению инсулина и уровня зрения, накопление некоторых элементах в очень больших количествах (свинец, железо, кадмий, медь), анемии и аллергическим заболеваниям. Избыток цинка в организме приводит к разрушению костной ткани, некрозу печени, повышенному сахару в крови и сильному отравлению.

Функции серебра в организме человека недостаточно изучены. Известно, что серебро может образовывать соединения с белками, нарушать тканевое дыхание, может блокировать ферменты, связанные с тиоловым группами. 29 При избыточном накоплении серебра в организме человека развивается такое заболевание, как аргирия. Аргирия - это заболевание, которое характеризуется необратимой пигментацией кожи, которая принимает серебристый или серый оттенок. При недостатке серебра может развиваться такое явление, как "серебряный человек" (Приложение 1). Это такое состояние человека, при котором ослабевает иммунная система, и появляются различные недуги (например, головная боль). Но если восполнить количество серебра в организме, то состояние человека улучшится.

По исследованиям ученых известно, что золото содержится в малых количествах в крови. Но даже в таких количествах этот металл считается физиологически активным. При избытке золота в организме наблюдается рост аллергических клеток в крови, нарушение функции почек и печени. Дефицит золота в организме человека изучен недостаточно, чтобы понять, к чему что может привести. Считается, что недостаток золота в организме приводит к ускорению процесса старения.

Натрий относится к макроэлементам. Основным источником поступления натрия в организм является NaCl (поваренная соль). Натрий — один из основных элементов, участвующих в минеральном обмене человека. Натрий является главным внеклеточным ионом. Он играет в организме человека важную биологическую роль. Так, ионы натрия принимают участие в поддерживании постоянного осмотического давления в клетках и кислотноосновного равновесия (рН) в организме. Также натрий участвует в регуляции кровяного давления, водного обмена, активизации пищеварительных ферментов, регуляции нервной и мышечной ткани. Натрий участвует в образовании желудочного сока, регулирует выделение почками многих продуктов обмена веществ. Ионы натрия участвуют в поддержании нормальной деятельности сердечной мышцы, нервно-мышечной возбудимости.

В медицинской практике широкое применение находят следующие препараты.

Изотонический раствор NaCl (0,9 %, 0,15 М) используют для растворения или разбавления инъекционных препаратов, а также как самый простой кровезаменитель при больших потерях воды организмом или при отравлениях.

Гипертонический раствор NaCl— раствор, имеющий бо́льшую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточной. При погружении клетки в гипертонический раствор происходит её дегидратация — внутриклеточная вода выходит наружу, что приводит к высыханию и сморщиванию клетки.

Роль ртути в организме человека сводится к тому, что ртуть может взаимодействовать с белками, при этом в соединениях с белками регулирует процессы окисления, повышает уровень сопротивляемости с внешними факторами. Повышенные концентрации ртути вызывают хроническое отравление, и приводит к синдрому меркуриализма, при котором идет нарушение работы всей нервной системы и ЖКТ.

Полностью биологическая роль титана не раскрыта, но известно достаточно много. Титан участвует в образовании эритроцитов костном мозге, синтезе гемоглобина, регулирует уровень холестерина и мочевины в крови. Титан выполняет роль антиоксиданта, который защищает клетки и мелкие капилляры от повреждений.

Биологическая роль ванадия до конца не исследована. Ванадий участвует в ОВР. Этот химический элемент способствует поглощению кислорода тканями печени, ускорению окисления фосфолипидов и влияет на уровень сахара в крови. При дефиците ванадия есть риск развития атеросклероза и сахарного диабета. При избытке ванадия происходят воспалительные процессы, повышается риск развитие опухолей, анемии и системные аллергические реакции.

Хром участвует в обмене липидов, белков, углеводов. Шестивалентный хром является токсичным металлом, который способен вызывать онкологические заболевания, в том числе и рак легких, дерматиты и другие заболевания, связанные с кожей и легкими.

Никель необходим для нормального развития живых организмов, но о его значении известно немного. Никель принимает участие в ферментативных реакциях, участвует в формировании ДНК и РНК, а также способствует регуляции гормонов в организме. Дефицит никеля характеризуется тем, что идет ограничение роста, кожа становится менее пигментирована, возникают заболевания печени, снижается общая двигательная активность. Избыток никеля формируется под влиянием промышленных условий, при этом наблюдаются кровотечения, экзема и аллергические реакции на никель. Никель и его соединения имеют разрушительное воздействие на хромосомы, клетки, замедляет ферментативные процессы и деятельность гормонов, а также снижается иммунитет.

Источники поступления металлов в организм человека

Соединения металлов должны поступать в организм в составе натуральных продуктов. Приведём пример продуктов, в составе которых присутствуют основные «металлы жизни» в наибольшем количестве (таблица 2).

Таблица 2 - Источники поступления металлов в организм человека

Название металла

Источники металлов

Поваренная соль, петрушка, перловка, рис, пшено, овсянка, картофель, сельдерей, морковь, свёкла, цикорий, горох, фасоль стручковая, морская капуста, раки, крабы, свинина, говядина, яйцо куриное, молоко коровье, креветки, камбала, говяжий мозг

Чай, соя, какао, отруби пшеничные, бобовые культуры, орехи, сухофрукты, семена, зелень чеснока и черемши, листовые овощи, злаки, грибы, бурый рис, бананы, капуста брюссельская, гранат, ревень, тыквенное и кунжутное масло, морская капуста, манго, виноградный и яблочный сок, цельное молоко, сыр, морская рыба

Пшеничные отруби, тыквенные семечки, кунжутное семя, миндаль, кедровые орехи, арахис, грецкие орехи, шпинат, фасоль, финики сушёные, семена подсолнечника

Говядина, баранина, индейка, свинина, креветки, окунь, килька, минтай, щука, молоко сгущенное, сыр голландский, пармезан, чеддер, творог, яйцо куриное, молоко коровье, козье, горох, крупа овсяная, рис, пшено, соя, фасоль, макароны, мука пшеничная, абрикос, имбирь, банан, базилик, чеснок, петрушка, тыква

Печень, арахис, фундук, креветки, горох, чечевица, фасоль, гречневая крупа, овсяная крупа, рис, пшеничные изделия, грецкие орехи, фисташки, осьминоги

Печень свиная, бобы, грибы, пивные дрожи, какао, тыквенные семечки, говядина, зелень, пшеничные зародыши, чечевица, семена подсолнечника, шпинат, топинамбур, ржаной хлеб, морская рыба, сало

Сметана, сыр, йогурт, консервированный лосось и сардины, фасоль, чечевица, миндаль, сывороточный протеин, шпинат, капуста, петрушка, укроп, ревень, мука, кукурузная мука, амарант, апельсиновый сок, коровье молоко, инжир.

Металлы важны для живого организма. Каждый из них выполняет какую–либо функцию. Один необходим для построения скелетов, другой имеет огромное значение в кровеносной системе. И каждый из металлов по–своему важен, так как они в организме взаимосвязаны, не будь какого–либо из них – цепочка внутреннего механизма развалится.

Организму небезразлично количественное содержание макроэлементов и микроэлементов, т. к. в зависимости от концентрации вещество может быть и полезным, и вредным, может заслуживать и похвального слова, и справедливого обвинения.

Практическая часть Приложение 1.

Социологический опрос.

Я считаю, что на сегодняшний момент мало кто из людей знает о металлах в своём организме, некоторые даже не догадываются о том, какую огромную роль они выполняют, поэтому я решила провести социологический опрос, что бы узнать, какое количество людей знают о значении металлов для их организма.

По результатам социологического опроса, мной было выявлено, что наиболее распространёнными металлами являются алюминий и железо. Большая же часть металлов не была упомянута. На мой взгляд, каждый человек должен знать о металлах в своём организме. Я считаю, что изучение металлов позволит найти принципиально новые подходы к лечению ранее неизлечимых болезней, развитию медицины, машиностроения и других сфер человеческой жизни.

Также, для более лучшего понимания изученной темы, я решила создать кроссворд, где затронуты интересные факты о металлах.

Самый дорогой металл. (родий)

Из-за содержания какого металла лепестки розы становятся голубыми? (медь)