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Experimentalvortrag Anorganische Chemie „Metalle in Lebewesen“

Experimentalvortrag Anorganische Chemie „Metalle in Lebewesen“. Ca 2+. Birgit Schubert. Gliederung. 1. Allgemeine Einführung 2. Metalle in Lebewesen 2.1 Calcium 2.2 Blei 2.3 Eisen 2.4 Magnesium 3. Schulrelevanz 4. „Zusammenfassung“. 1. Allgemeine Einführung.

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Presentation Transcript

  1. Experimentalvortrag Anorganische Chemie„Metalle in Lebewesen“ Ca2+ Birgit Schubert

  2. Gliederung 1.Allgemeine Einführung 2. Metalle in Lebewesen 2.1 Calcium 2.2 Blei 2.3 Eisen 2.4 Magnesium 3. Schulrelevanz 4. „Zusammenfassung“

  3. 1. Allgemeine Einführung 1. Welche Elemente zählen zu den Metallen?

  4. 1. Allgemeine Einführung Häufigkeit von 3d-Elementen

  5. 1. Allgemeine Einführung Häufigkeit von Alkali- und Erdalkalimetallen

  6. 2. Metalle in Lebewesen 2. Metalle in Lebewesen • Vorkommen in Form von Ionen • Metalle essentiell für Leben • Schlüsselelement für Leben auf der Erde: Magnesium • Menschliche Körper benötigt 14 Metalle

  7. 2. Metalle in Lebewesen Die 14 essentiellen Metalle für den menschlichen Körper

  8. 2. Metalle in Lebewesen Definition: Spurenelemente = chemische Stoffe, von denen kleinste Mengen (unter 25 mg) vom menschlichen Körper pro Tag benötigt werden, um lebensnotwendige Stoffwechselfunktionen aufrecht zu erhalten.

  9. 2. Metalle in Lebewesen Biologische Funktionen von Metallen

  10. 2.1 Calcium Versuch 1:Calciumnachweis in Knochen

  11. 2.1 Calcium Auswertung: Ca5(PO4)3OH(s) + H3O+(aq) 5Ca2+(aq) + 3 PO43-(aq) + 2 H2O CH3COOH(aq) + NH4+(aq) + OH-(aq) NH4+(aq) +CH3COO-(aq) + H2O Ca2+(aq) + C2O42-(aq) CaC2O4(s) weiß

  12. 2.1 Calcium Calcium • Element der 2. Gruppe • Tagesbedarf ~ 1000 mg • Nahrungsquellen: Milchprodukte, Hülsenfrüchte, Eier

  13. 2.1 Calcium • Hauptfunktionen im Körper: - Knochen- und Zahnbildung - Nerven- und Muskelfunktion - Blutgerinnung - Konstanthaltung des Ca2+-Spiegels im Blut • Mangelerscheinungen: - Vermindertes Wachstum, Verlust von Knochensubstanz

  14. 2.1 Calcium • Knochen aus Ca5(PO4)3OH • Hart, schwer löslich • Menschliche Körper: ~ 9 kg, davon ca. 1kg Ca2+ und 2,5 kg PO43- • Rest: H2O, Collagen, Na+, K+, Fe3+, Pb2+ • Pb2+-Gehalt im Knochenspiegel: heute ~ 2 ppm früher bis zu 100 ppm

  15. 2.2 Blei Demonstration 1:Giftige Wirkung des Bleis

  16. 2.2 Blei Auswertung • Je größer Pb2+-Konzentration, desto geringer Zellzahl • Chlorophyllsynthese gehemmt  verminderte Grünfärbung mit Pb2+

  17. 2.2 Blei Blei • Element der 14. Gruppe • MAK-Wert: 0,1 mg/m3 • Folgen einer Bleikontamination: •  Anfangsstadium: • Müdigkeit, Erbrechen, Gewichtsverlust, Kopfschmerzen

  18. 2.2 Blei • Höheres Vergiftungsstadium: • Darmkoliken, Nervosität, Nierenschäden, Schädigung des ZNS, Anämie, Bleisaum am Zahnfleisch, Schädigung der Fertilität • Retentionszeiten: • im Blut/weichem Gewebe: ~ 1 Monat • in Knochen: ~ 30 Jahre

  19. 2.2 Blei Versuch 2:Hemmung der α-Amylase

  20. 2.2 Blei Auswertung: α-Amylase n Amylose n mK+(aq)+ mI3- (aq) + (C6H10O5)n(aq) mK+(aq)+ "(I3-)m……. (C6H10O5)n(aq)“ intensivblau

  21. 2.2 Blei Auswertung: + Pb2+(aq) + H+(aq) (aq) (aq) + Pb2+(aq) + 2 H+(aq) (aq)

  22. 2.3 Eisen 2.3 Eisen • Element der 8. Gruppe • Tagesbedarf  Frauen: ~ 14-28 mg, Männer: ~ 5-9 mg • Im Knochenmark 75% des Fe • Nahrungsquellen: Fleisch, Kakao, Eier, Getreide, Kaviar

  23. 2.3 Eisen Eisenproteine

  24. 2.3 Eisen • Krankheit  vermehrte Fe-Speicherung: - im Gehirn: degenerative Krankheiten - im Pankreas, Leber, Milz, Herz: Hämochromatase - Krebserkrankungen  verminderte Fe-Speicherung/Aufnahme: - Anämie, Thalassämie - geschwächte Immunabwehr

  25. 2.3 Eisen Versuch 3:Atmungskette

  26. 2.3 Eisen Atmungskette SCyst Fe

  27. 2.3 Eisen Auswertung 2 e- OX 2 e- Red/OX Red -2 -1 -1 1. Ox.: 2 Cyst-SH 2 e- + 2 H+ + Cyst-S-S-Cyst Red.: 2 Fe3+ + 2 e- 2 Fe2+ 2. Ox.: 2 Fe2+ 2 Fe3+ + 2 e- Red.: ½ O2 + 2 e- O 2- Gesamt: 2 Cyst-SH + ½ O2 Cyst-S-S-Cyst + H2O +2 +3 +2 +3 0 -2 -2 -1 -1 -2 0

  28. 2.3 Eisen • - Fe(III)- Komplex • oktaedrisch umgeben • von 2 Cystein blauviolett

  29. 2.3 Eisen Versuch 4:Enzymatische Wirkung der Katalase

  30. 2.3 Eisen Auswertung • Enzymatisch katalysierte Disproportionierung 2 H2O2(aq) 2 H2O + O2(g) +1 -1 +1 -2 0 <Katalase> Red Ox

  31. 2.3 Eisen Mg Fe Phytyl Häm Chlorophyll

  32. 2.4 Magnesium 2.4 Magnesium • Element der 2. Gruppe • Tagesbedarf ~ 200 mg  überschüssiges abführend • Nahrungsquellen: Getreide, grünes Blattgemüse • Funktionen im Körper: - Baustein von Enzymen - Regulation des Stofftransportes durch Membranen - ZA des Chlorophylls

  33. 2.4 Magnesium Versuch 5 :Magnesiumnachweis

  34. 2.4 Magnesium Auswertung H+ Mg Mg Mg2++

  35. 2.4 Magnesium Auswertung • Nachweis mit Titangelb: Mg2++ hellroter NS

  36. 2.4 Magnesium Demonstration 2:Dünnschichtchromatographie

  37. 2.4 Magnesium Auswertung Carotine Phaeophytin Chlorophyll a Chlorophyll b Xanthophylle • Laufstrecke Substanz Laufstrecke Fließmittelfront • -Typische Rf-Werte: • Carotin: 0,82 • Chlorophyll a: 0,61 • Chlorophyll b: 0,45 Rf =

  38. 3. Schulrelevanz 3. Schulrelevanz • 8: Trennverfahren für Stoffgemische  Chromatographie Katalysatoren • 10: Aufbau und Funktion von Böden • 11/1: Redoxreaktionen • 12/1: Kohlenstoffverbindungen und funkt. Gruppen 12/2: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen

  39. 3. Schulrelevanz 12/2: Enzyme: Aufbau und Bedeutung in Stoffwechselprozessen Kohlenhydrate: Photosynthese (Energiestoffwechsel und Zellatmung) • 13/1: Enzymkinetik: Bedeutung im Stoffwechsel 13/2: Wahlthema Komplexchemie Nahrungsmittel und deren Abbau im Körper Umweltchemie: chemische Untersuchung von Stoffen im Alltag (Ionen/Moleküle); Chromatographische Verfahren

  40. „4. Zusammenfassung“ Paracelsus (1493-1541): „Was ist das nit gifft ist? Alle ding sind gifft/ und nichts ohn gifft/ allein die dosis macht das ein ding kein gifft ist.“

  41. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

  42. 3. Schulrelevanz Biologie • 7/1 Bau einer Zelle einer grünen Pflanze • 7/2 Bedeutung des Lichtes für grüne Pflanzen: Experimentelles Arbeiten, Nachweisreaktionen für Stärke • Bedeutung der Photosynthese für das Leben auf der Erde und unsere Ernähung: Nachweisreaktionen für Zucker, Stärke, Fett, Eiweiße • 9/1 Aufnahme und Verarbeitung von Informationen im Nervensystem, Schädigung des Nervensystems durch Gifte, Drogen

  43. 3. Schulrelevanz • 9/2 Blut und Immunsystem: Blutgerinnung, • O2-Bindung an Hämoglobin • 11 Membrane, Katalyse (Enzyme), Transportmechanismen • 12/1 DNA,RNA: Bausteine • 12/2 Übersicht über Stoffwechselzusammenhänge: Energieaufnahme  Photosynthese, Zellatmung • Regulation  Versuche zur Enzymwirkung • 13/1 Signalübertragung und Verrechnung: Nervenzellen, Ruhepotential, Aktionspotential

  44. 2) Einführung in die Metalle Charakteristische Eigenschaften • Metallischer Glanz • Elektrische Leitfähigkeit • Wärmeleitfähigkeit • Duktilität

  45. 2) Einführung in die Metalle Erklärung der Eigenschaften • Elektrische Leitfähigkeit: • - Metallgitter • Metallischer Glanz: • - Elektronengas • Duktilität: • - Erhalt der Bindungskräfte • Wärmeleitfähigkeit: • - Energiezufuhr  Energieweitergabe

  46. 2) Einführung in die Metalle Einteilung der Metalle

  47. 5)1 Blei Heutige Verwendung des Bleis • In manchen Ländern noch als Antiklopfmittel im Benzin • Bleifarben: PbCrO4 Chromgelb • PbCrO4.PbO Chromrot • Pb(OH)2.2 PbCO3 Bleiweiß • Bleiakkumulatoren

  48. 7)2 DC von Chlorophyll und Phaeophytin

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