化学与生活第1、2章课件

课程简介本课程从人们日常生活的衣食住行入手，以高中化学知识为平台，尽量避免枯燥、烦琐的化学反应方程式、结构式等内容，以化学基础知识为经线，以人们生活中广泛关注并且实用的一些内容为纬线，阐述化学原理与人们日常生活的关系，主要内容包括：化学元素与人体健康；营养与健康的化学；食品风味与食品污染；人体保健化学；服装中的化学、医药化学、居室环境化学等。通过本课程的学习，可以透过生活中的化学这个窗口，了解化学与生活的关系，认识到化学在一些相关领域中的重要作用。能够基本正确地选择、较为合理地使用日用化学品，进一步提高生活的质量。同时，通过学习，可以开拓视野，提高综合科学素质。第一章人体中的化学大自然中的一切物质都是由化学元素组成的，人体也不例外。在人体内进行着众多的化学反应，维持正常的新陈代谢。人体通过呼息、饮水和进食等，与自然界进行物质交换和能量交换，并且维持着各种动态平衡。本章主要介绍人体是由哪些化学元素组成的，各种组成元素的主要功能，以及人体中主要的化学反应和元素的平衡关系。1.1生命进化的化学过程研究各种生命现象是人类生存的需要，而探索生命现象的奥妙又会追溯到生命的起源。生命的进化与化学的进化同步！由无机物形成小分子有机物，由小分子有机物形成生物高分子，又由生物高分子形成超分子集合体，并进而形成生命的基本结构单元——细胞。这中间经历了多种多样的化学变化，在一系列量变和质变的过程中，生命产生了。地球的年龄约46亿年，而人类的出现距今约300万年。元素的进化：地球本身经历了元素的进化：由宇宙中最丰富的元素氢通过核反应合成各种各样其它元素,以构成星体本身。分子的进化：由原子间的反应生成分子，由分子间的反应生成更复杂的分子——聚合物分子以及生物聚合物分子。生物的进化：由最原始的细胞的出现进化到人。1.2人体中的化学元素地球上存在92种稳定的化学元素,它们分布在自然界中的岩石圈、水圈、大气圈。人类在漫长的生物进化过程中，必须与环境进行物质交换，于是有选择地吸收了几十种对人体有效的化学元素，籍以维持生命。用现代分析测试技术对人体组成进行分析，确定人体至少由37种元素组成。1.2.1人体内化学元素的来源及特点自然界划分为4个圈层：大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。生物圈中的植物、动物和人类都要在前三个圈中生存，与各圈层之间进行物质交换和能量交换。自然界中的生物体可以分为自养生物和异养生物两大类。自养生物以二氧化碳、水、叶绿素通过光合作用产生糖而得到养分。1.2.2人体内元素的分类存在于生物体内的元素按其作用大致可分为三大类：必需元素、非必需元素和污染（有毒有害）元素。⒈必需元素：人体为了维持生命所必需的元素称为生命必需元素。按照人体中元素的含量>0.01%常量元素<0.01%微量元素常量元素：C、H、O、N、S、Ca、Na、Mg、K、Cl等。微量元素：Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr等。

严格地说，几乎每一种元素摄取（或误服）过量都会产生毒性。元素对人体有益还是有害的界限并不十分固定，还与其它的许多因素有关，如元素在人体的浓度、形态等。1.2.3人体中元素的存在形式在生物体内，元素存在于无机或有机物中。在无机物中除了少量的氧和氮，均以化合物的形式存在。而有机物则以糖类、脂质、蛋白质和核酸等化合物形式存在。1.2.4人体中元素的分布人体主要由骨骼、肌肉、脂肪、血液、脏器、皮肤及毛发组成。在这些生物有机化学物质中C、H、O、N就是最主要的元素，而其它的元素在人体中的分布是不均匀的。如构成骨骼的主要元素中，Ca、P、S、Mg等具有结构性的作用，含量的多少对骨骼的生长、发育有重要的影响；Si、Ba、Pb、Be、Cd等元素与骨骼有较强的亲合性，在骨骼中过量的蓄积将会产生不同程度的损害。研究表明，铍的蓄积愈高，患骨癌的可能性就愈大。肌肉中含Zn、Cu、Ca、Mg、V、Br、K等，当肌肉缺镁、钾时，可导致肌肉无力、肌麻痹、肌萎缩等症状。血液中主要的微量元素：Fe、Co、Mo、Cu、V等，铁在血液中的含量可占人体总铁的70%。这些元素与血液的形成密切相关，可以认为它们是造血元素。维持大脑功能的主要元素有P、V，然而Li、Rb、Hg、Pb、Al等元素也易在脑中积蓄，但它们是有害的。在甲状腺中蓄积了大量的碘。1.3人体中化学元素的功能1.5人体内化学元素的浓度平衡1.5.1人体的pH值正常人的血液pH值在7.35~7.45的范围内。当pH值低于7.35时，会发生酸中毒；低于7.0时会发生严重酸中毒昏迷致死。而血液的pH值高于7.45时会发生碱中毒；高于7.8就会发生严重碱中毒，导致手足抽搐致死的严重后果。1.5.2人体中化学的平衡与生物效应结论：所有元素在高浓度时都有不同程度的毒性。1.6.1人体中化学元素的相互作用1.6.1元素的协同作用不同的元素之间存在着很多相互作用。元素的协同作用是指元素的联合作用结果大于各个元素单独作用的总和：T>T1+T2例1：在人体中铜和铁具有生理协同作用，不论人还是动物，当铁充足而缺少铜时一样可以发生贫血。例2：15%的白沙糖与0.017%食盐溶液混合，甜度较同浓度的糖大增，而咸味不显。这是食品加工中减少糖的消耗的一个途径。小结：元素之间的协同作用、拮抗作用对于我们提高生活质量有非常重要的意义。⑴可以利用元素的相互拮抗作用阻止或者减缓环境毒物对我们的伤害；⑵我们可以利用元素之间的协同作用收到“事半功倍”的效果。1.6.3配合作用有毒金属M进入人体后，将与蛋白质、核酸等生物大分子的配位基团A结合，形成配合物MA。作为解毒剂L，它必须是一种更强的络合剂，才能把有毒金属M从大分子的成键部位解脱出来。MA+L→A+ML1.7人体中的化学反应生命不息，人体的一切活动都需要能量来维持，人体能量的来源是糖、蛋白质和脂肪。这些有机化合物在人体内进行氧化分解，最后生成二氧化碳和水，同时释放出供人体需要的能量。1.7.3催化反应（酶）吃米饭时，把米饭放在嘴里多嚼一会，就会感觉有甜味。思考：为什么动物吃草可以，而人则不行？第二章化学元素与人体健康2.1常量元素与人体健康在人体中的常量元素，除了构成有机物质的元素外，比较重要的无机矿物质元素是：钠、钾、氯、钙、镁、磷和硫等七种元素。约人体总灰分的60~80%。钙（Ca）钙是人体中重要元素成份，居体内各组成元素的第五位（O、C、H、N、Ca）。它占人体总重量的1.5%~2.0%，是生命活动的砥柱，如果没有钙，生命活动就会停止。钙主要集中在骨骼和牙齿中，约占总钙量的99%，其余1%存在于软组织、细胞及血液中。钙在肠道被吸收，但很不完全，一般情况下约有70%~80%随粪便排出。这主要是由于钙离子与食物中的草酸及脂肪酸等阴离子形成不溶性的钙盐所致。维生素D、乳糖、蛋白质和酸性介质等可促进钙的吸收。当钙和磷的比例在1:1~1:2的范围内钙的吸收率最高。最接近此范围的食品要数水产品。钙的主要生理功能如下：⒈构成骨骼和牙齿的主要成分；缺乏时骨骼、牙齿发育不正常。⒉维持肌肉神经的正常兴奋，如血钙增高可抑制肌肉、神经的兴奋性；血钙降低则可提高其兴奋性，从而引起抽搐。⒊参与血凝过程并对很多酶有激活作用。钙的供给量和来源：

世界卫生组织推荐的每日供给量标准为：成年男女400~500mg，孕妇、乳母等为1000~1200mg。我国近年修订的每日供给量为：成年男女600mg；孕妇1500mg；乳母2000mg。食物中钙的来源以水产品、乳及乳制品为最好，其次是芝麻酱、海带和蔬菜、豆类等。磷（P）

磷是人体必需元素之一，居人体组成元素的第六位。正常人体中含磷量为750~1130g。人体中约有70%~80%的磷与钙、镁结合成磷酸盐，存在于骨骼和牙齿中。磷的主要生理功能：⒈磷和钙一样，都是构成骨骼和牙齿的成分，也是组织细胞中很多重要成分的原料，如核酸、磷脂及某些酶等。⒉磷参与某些物质的吸收和代谢，如糖、脂肪等。⒊三磷酸腺苷（ATP）中磷具有储存和转移能量的作用。⒋磷还是生命物质的组成部分，它对核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的生物合成至关重要。⒌磷酸盐人尿中排出的数量和形式有助于机体酸碱平衡的调节，血液中以磷酸盐形式存在的磷在血浆中组成Na2HPO4/NaH2PO4、在红细胞内组成K2HPO4/KH2PO4的缓冲体系，调节体内酸碱平衡。磷的供给量和来源：一般国家对磷的供给量都没有明确规定，因为食物种类广泛，磷的来源不成问题。一般来讲，如果膳食中钙和蛋白质含量充足，磷也能满足需要。含磷较多的食物有：葵花籽、虾米、干贝、鱼子酱、豆类、花生、肉类、核桃、蛋黄等。镁（Mg）成年人体内含镁量为20~30g，70%的镁以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于骨骼和牙齿中，其余镁存在于软组织中。镁的主要生理功能：镁是细胞内的主要阳离子之一，也是骨骼和牙齿的组成成分；是糖、蛋白质等物质代射的必需元素；是许多酶所必需的激活剂；长期缺镁会使骨质变脆、牙齿生长不良等。镁的供给量和来源：镁的供给量除美国外，多数国家尚无正式规定。根据对人体镁平衡的研究并结合食物中镁的利用率，一般成人每日的适宜供给量为200~300mg。膳食中镁的主要食物来源有：小米、燕麦、大麦、豆类、花生、核桃、小麦、菠菜、肉类、动物肝脏等。钾（K）钾在人体内占总矿物元素含量的5%，仅次于钙和磷。人体内钾70%存在于肌肉，10%存在于皮肤，其余在红细胞、骨髓和内脏中。钾的主要生理功能：钾能维持细胞内的渗透压；维持体液的酸碱平衡等。钾的大部分生理功能都是在与钠离子的协同作用中表现出来的。钾的供给量与来源：一般成人每天摄取2~2.5g的钾是比较适合的。钾广泛存在于各种动植物中。2.2微量元素与人体健康在人体组织中含量极少，少于体重的万分之五的叫微量元素（也叫痕量元素）。目前发现的有铁、铜、碘、锌、锰、钴、钼、硒、铬、氟、镍、硅、锡、钒等。微量元素在人体生物化学过程中起着非常重要的作用，它数量小，能量大，可称之为“生命的火花”。微量元素在人体中的主要生理功能如下：⒈微量元素是构成金属酶和酶的活化剂。⒉微量元素是激素和维生素的活性成分。⒊微量元素可协助常量元素的输送。⒋微量元素在体液内与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压、离子平衡和体液酸碱度平衡的作用，以保持人正常的生理功能。第一个被发现的人体不可缺少的微量元素是碘。碘缺乏会导致地方性甲状腺肿（俗称大脖子病）。缺碘最严重的危害是影响儿童的智力，甚至会使其终生难以得到改善。

贵州某山区盛产芭蕉，一外地人问卖蕉人怎么卖？答：1角钱3只。4只行不？答：不卖。2角钱卖一串（少的也有十多只）行吗？答：行。这个卖蕉人数学概念为何这样差？原来他在婴儿时期因缺碘而得了呆小症，智力缺陷。

克服碘缺乏最经济实用的方法是使用加碘盐（氯化钠中加入碘酸钾）。另外可多吃含碘丰富的海带等。人们必需的微量元素与健康关系十分密切，但到目前为止，还没有人确切地知道世界上大多数人通过饮食摄入的微量元素的种类和数量到底有多少。目前市面的营养品五花八门，甚至出现了全营养素。从健康的观点出发，人体内不可能所有的微量元素都缺乏。因此，对我们身体中不缺少的元素如果盲目地乱补，这些元素在体内蓄积到一定的浓度时，就会产生过量的危害。比较安全的食补，是从各种含量丰富的食物中获取我们的所需。如果确实需要通过特殊制剂来补充微量元素，也一定要做到缺什么补什么，盲目乱补全营养是不科学的。2.3与元素有关的疾病2.4几种主要有害微量元素⒈镉（Cd）元素镉是联合国粮农组织（FA0）和世界卫生组织（WHO）列为优先研究的食品中的严重污染元素，它不是人体必需的元素。新生儿体内并不含镉，但随着年龄的增长，进入人体的镉逐渐蓄积，50岁左右的人体内含镉量可达20~30mg。镉主要通过呼息道和消化道进入人体。空气中仅含少量镉，镉的来源主要是煤炭和汽油燃烧、汽车排放尾气和生物富集等方面。有人估计，每天吸20支烟（含镉总量30μg），可吸入人体约为12μg。硫化镉和硒化镉是制作高级涂料和绘画颜料的两种镉化合物，因它们在水中的溶解度很小，所以在一般应用场合下还比较安全。但时下有人将这类颜料（有些还含有铅、汞的化合物）制作的纹身彩贴粘在胸、手臂、肚脐等部位的裸露肌肤上。这是一种有碍健康的美丽，因为这些镉化合物会引起皮肤过敏，而且还会在汗水浸润下，经皮肤渗入人体。

在可能混于饮食内的各种金属污染物中，镉大概是危害性最大的一种。不仅因为其具有高毒性，也因为它在食品中分布广，生物富集率高。如被严重污染的大米含镉率可高达125mg/kg。有些鱼类的含镉量比海水浓度高几千倍。由镉污染引起的骨痛病是日本的公害病，这种病是以骨骼软化症为主体的病理变化。二次大战后，日本神通川流域的居民，突发一种怪病，患者多为中老年妇女。初时感觉腰、手脚关节疼痛，延续几年后，全身神经痛、骨痛，最后骨骼软化萎缩，自然骨折，直至于虚弱疼痛中死亡。日本在1961年成立了专门的研究机构，用了7年的时间，才搞清这种“痛痛病”的病因是慢性镉中毒。肇事者是神通川上游一座锌矿冶炼厂排放的含镉废水。在数十年间，因患慢性“痛痛病”致死的日本人累计有200多人，成为举世瞩目的一大公害事件。进入人体的镉会损害睾丸组织，阻断睾丸酮的合成，精子的成熟和活动能力及生育率都会受到影响。在英国威尔斯北部的一个小村，近几年出生的全是女性。在我国山西省的一个偏僻村庄，十多年来无一家生男，而且成年妇女个个患头痛和骨痛的怪病。经调查，发现这类“女儿村”内饮水中的镉含量偏高。有关研究人员曾以猪和白鼠作为试验对象，在饲料中加入一定量的镉，结果在繁殖的动物中，雌性明显多于雄性。2.铅(Pb)元素铅是最为常见的有害微量元素,人体含铅77mg左右。联合国粮农组织和世界卫生组织提出每人每天允许摄入量约为420ug。存在于环境中的铅及其化合物可由肺、皮肤、或经进食而进入人体。室外空气含铅的80%来源于汽车尾气。（为了抑制汽车气门和气门导管磨损，某些“无铅汽油”仍然含有少量铅化合物。铅盐的毒性：一般无机铅盐都有毒，其毒性在于铅离子易与蛋白质分子中半胱氨酸内的巯基发生反应，生成难溶化合物，从而中断了有关的代谢路径。烷基铅则在肝脏中经过去烷基化反应后才显示其毒性，它们容易积蓄在脑部，损害人体中枢系统。铅中毒症状：⒈急性中毒——金属味、腹痛、呕吐、腹泻、少尿、昏睡。⒉慢性中毒：⑴初期——食欲不振、体重减轻、疲乏、牙龈基部出现黑色铅线、贫血。⑵中期——呕吐、四肢和关节钝痛、腹部绞痛、指和手腕麻痹。⑶重症期——频繁呕吐、运动失调昏迷、脑神经麻痹、痉挛。铅中毒实例：⒈“乐圣”贝多芬死于铅中毒。1872年，贝多芬死后的验尸报告称他因铅中毒导致肝硬化而“病故”。后人认为，在贝多芬生活的时代，德国酿酒者常用铅盐来处理酒中酸味。贝多芬晚年贫病交加，常常借酒浇愁，以致体内蓄积大量铅而中毒致死！⒉现代考古学家发现，古罗马人墓穴中的尸骨上有点点黑斑。经分析黑斑处有高含量铅，由此提出“古罗马亡于铅”之说。据考证，古罗马贵族富豪用铅管导水，以铅砖砌造浴池，用铅盐作甜食佐料，又以铅制器具作食物盛器……，结果使大量铅进入人体，引起中毒。在贵族社会中流产、不孕、死胎的发生率极高。保健：可多吃一些大蒜。因大蒜中含硒量较多，对铅的毒性有拮抗作用。3.汞（Hg）元素汞及其化合物是最有害的微量元素之一。存在于环境中的铅及其化合物可由肺、皮肤、或经进食而进入人体。汞的毒性：汞离子与细胞膜中含巯基的蛋白质有特殊的亲合力，从而能直接损害这类蛋白质和酶。汞离子与某些蛋白质结合蓄积于人体内，特别是肾和肝中，因此，肾功能障碍是汞中毒的首要标志。汞与生活：⑴在日常生活中，水银温度计落地破碎，汞流满地，汞蒸气被吸收人体经支气管而渗透到肺泡会引发汞中毒。如遇这种情况，应用硫磺粉将散落的汞收集，以防中毒。⑵人类除了职业性接触汞外，在使用含汞药物、防毒剂、杀菌剂、化妆品时亦有汞中毒机会。汞中毒实例：⑴20世纪50~70年代的日本水俣病,是一种由甲基汞引发中毒的神经性疾病。水俣病导致千余人死亡，引发大量婴儿残疾。最初是日本九州鹿儿岛的水俣湾突发家猫集体投海的怪事。与此同时，海面上时有死鱼浮起，天上飞鸟会无缘无故地坠落。人们对这些现象感到大惑不解，惊恐万分之际，灾难降临人群。许多人四肢麻木、步履不稳、运动失调、口齿不清。严重者眼瞎耳聋、精神失常，直至在极度痛苦中死亡。人们惶惶不可终日，当局、医生束手无策。经过长期艰难的调查、研究，终于弄清了水俣病的来龙去脉：原来在当地以乙炔为原料生产乙醛，使用汞盐作为催化剂。工厂排出的废水经水生食物链引发了水俣病。当地居民食鱼致病，而以鱼为主食的猫和海鸟更先人一步，首当其难。⑵1964年在巴基斯坦、1966年在危地马拉、1972年在伊拉克，都发生过类似的大规模的甲基汞中毒事件。伊拉克当时从英国进口经过杀霉菌剂——甲基汞处理过的麦种，并把种子染成红棕色作为警示，且在包装袋上贴上了警告标签。但当时伊拉克农村正值青黄不接、农民饥饿难耐之际，老百姓将种子表面染色洗去，就磨粉食用，从而引起祸端。中毒事件发生之后，政府又错上加错，下令将所有有毒面粉全部投入河中，由此又引起鱼类——进一步引起人群中毒。在这一中毒事件中，累计死亡达到5000多人。汞中毒的救治：⑴发生急性汞中毒时，应尽快吸出胃内容物，以牛奶、蛋清、豆浆或2%~5%碳酸氢钠溶液反复洗胃。对休克症状者进行输液、注射强心剂、吸氧；对急性肾衰症者进行人工透析。另一方面可肌注二巯基丙醇（BAL）或口服青霉胺等促排体内吸收的汞。⑵对于慢性中毒患者，可使用三磷酸腺苷制剂、烟酸、维生素B1、维生素B12、维生素E等治疗，都具有良好的排汞效果。