基礎(chǔ)化學第九章-原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

第一節(jié)氫原子的結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)的認識史古代哲學：物質(zhì)由金、木、水、火、土組成古希臘：物質(zhì)由原子（哲學的概念）和虛空組成第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律(atomicstructureandPeriodicLaw)一、氫光譜和氫原子的Bohr模型

英國科學家DaltonJ原子學說（真正現(xiàn)代意義的物質(zhì)結(jié)構(gòu)科學的概念）優(yōu)點：質(zhì)量守恒定律等缺點：不可分割性，無法解釋化學性質(zhì)

160年前，英國化學家和物理學家M.Faraday制造第一個陰極射線管，發(fā)現(xiàn)陰極射線。

1897年，ThomsonJJ：應用磁性彎曲技術(shù)證明：陰極射線是帶負電的微?！娮樱岢鲈咏Y(jié)構(gòu)模型：“葡萄干布丁”1909年，英國物理學家RutherfordE：α粒子穿過金箔時，部分α粒子發(fā)生散射，提出“原子有核”模型。1919年，RutherfordE：用α粒子轟擊氮氣，發(fā)現(xiàn)原子核里有帶電的微?！|(zhì)子。1932年，英國J.Chadwick發(fā)現(xiàn)原子核里有不帶電的微?！凶印Ｔ釉雍穗娮淤|(zhì)子中子“原子有核”模型的缺陷：高速運行的電子不停地發(fā)射輻射，電子墮入核內(nèi)，“原子毀滅”。連續(xù)地輻射應得到連續(xù)光譜。矛盾經(jīng)典物理力學遇到困難!量子力學：研究微觀世界粒子（電子）運動的規(guī)律。量子力學的建立：1900年普朗克（德）提出能量量子化的概念1905年愛因斯坦（美）將量子化的概念運用于光電效應實驗，提出光子說及相對論；光子的能量為：E=h

1913年玻爾（丹麥）綜合量子論、光子說及“原子有核”模型，提出原子結(jié)構(gòu)理論氫原子光譜實驗RHhc1

λ=1n121n22-RH

=2.18×10-18Jh為普朗克常數(shù)n2=n1+1，n1+2,???Balmer

線系：n1=2Bohr理論：

定態(tài)（stationarystate）確定的運動狀態(tài)，確定的能量相對應。能量：量子化。(2)氫原子核外電子能量公式：n=1基態(tài)（groundstate）n>1激發(fā)態(tài)（excitedstate）Z2RHn2E=-n=1,2,…RH=2.18×10-18J⑶軌道能量差決定光量子的能量。h

=E2-E1

不同能級間跳躍，釋放或吸收電磁能。成功解釋氫原子光譜。開辟了用光譜數(shù)據(jù)研究原子能級的道路。但不能解釋多電子原子的光譜現(xiàn)象。舊量子力學的缺點：用經(jīng)典力學解釋微觀粒子的運動二、電子的波粒二象性光的波粒兩象性：波動性：衍射、干涉現(xiàn)象粒子性：光電效應（愛因斯坦）1923年，法國物理學家德布羅意提出電子也具有波粒兩象性：波動性粒子性德布羅意關(guān)系式：1927年，美國的DavissonCJ和GermerLH用電子束代替X射線通過鎳的單晶。1927年，英國ThomsonGP（發(fā)現(xiàn)電子的ThomsonJJ的兒子）將電子束通過金箔。P171例9-1概率波(probabilitywave)三、測不準原理(uncertaintyprinciple)1927年，德國的HeisenbergW△x·△px≥h/4π△x：x方向坐標的測不準量(誤差)；

△px：x方向的動量的測不準量；

h：普朗克常量P172例9-2原子核外電子的運動沒有確定的運動軌跡!!!第二節(jié)氫原子的波函數(shù)描述具有波粒二象性的電子的波動性m：電子的質(zhì)量x,y,z：坐標E

：電子的總能量V：電子的勢能，ψ：波函數(shù)(wavefunction)，方程的解，描述電子的運動狀態(tài)。∣ψ∣2：概率密度薛定諤方程一、量子數(shù)概率密度|ψ|2和電子云|ψ|2的物理意義：電子在核外空間某點(r,θ,φ)附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。|ψ|2≠概率電子云(electroncloud)······················

12

22

32

12<

22<

32合理的解

表示核外電子的一個確定的運動狀態(tài)（定態(tài)），且具有一個確定的能量與其相對應。

是原子軌道（atomicorbitals）≠Bohr理論中的原子軌道（行星式軌道）薛定諤方程空間某點A的動能KA確定空間某點A的勢能VA確定空間某點A的總能量EA確定空間各點（A、B、...）波函數(shù)值的平方確定E=ΣdPAEA假定某帶電粒子只在某空間力場中A、B兩點出現(xiàn)，可能性分別為40%和60%，粒子在A、B點的能量分別為EA和EB，那么，粒子的總能量為：E=40%EA+60%EB

直角坐標轉(zhuǎn)換成球坐標ψ(x,y,z)=

ψ(r,θ,φ)合理的解ψn，l，m(r,θ,φ)主量子數(shù)角量子數(shù)磁量子數(shù)真正的原子軌道（atomicorbitals）薛定諤方程ψn，l，m(r,θ,φ)1、主量子數(shù)(principalquantumnumber)取值：n=1，2，3…

。意義：1.決定電子離核的遠近

2.決定電子能量高低多電子原子：主要因素He單電子原子：唯一因素H（類氫離子）

He+Li2+主量子數(shù)（n）：123456電子層符號KLMNOP能量依次增加2、軌道角動量量子數(shù)l：(angularmomentumquantumnumber)取值：0、1、2…(n–1)，n個數(shù)值。光譜符號：l=0：s球形l=1：p雙球形l=2：d花瓣形

l=3：f花瓣形意義：1.決定原子軌道的形狀。

2.多電子原子：決定能量的次要因素對多電子原子：Ens＜Enp＜End＜Enf

對單電子原子：Ens

=Enp

=End=Enf

3、磁量子數(shù)m

(magneticquantumnumber)

取值范圍m=0，

1，

2

l

決定軌道伸展方向與電子的能量無關(guān)共(2l

+1)個值s軌道：一個p軌道，3個(px

py

pz)，等價（簡并）軌道d軌道：5個等價軌道（dx2-y2

dxy

dxz

dyzdz2）f軌道：7個等價軌道ψn，l，m(r,θ,φ)n，l，m三個量子數(shù)決定一個原子軌道P174表9-1量子數(shù)組合和軌道數(shù)注意m為何沒有1p,2d,3f軌道？n=1、2、

l=0、1、

（n-1）m=0，

1，

l

主量子數(shù)n角量子數(shù)

l磁量子數(shù)m原子軌道同一電子層的軌道數(shù)(n2)

100ψ1s1n=1、2、

l=0、1、

（n-1）m=0，

1，

l

n,l,m

20100±1ψ2s

ψ2pz

ψ

2px,ψ2py

4n=1、2、

l=0、1、

（n-1）m=0，

1，

l

主量子數(shù)n角量子數(shù)

l磁量子數(shù)m原子軌道同一電子層的軌道數(shù)(n2)

n,l,mn

lmψn2

301200±10±1±2Ψ3sψ3pzψ3pxψ3dz2ψ3dxzψ3dxy

ψ3pyψ3dyzψ3dx2-y2

9

n=1、2、

l=0、1、

（n-1）m=0，

1，

l

n,l,m4、自旋角動量量子數(shù)(spinangularmomentumquantumnumber)s

取值：+1/2和-1/2或用↑和↓表示物理意義：電子自旋運動方向（兩種）。平行自旋反平行自旋

三個量子數(shù)決定一個原子軌道四個量子數(shù)決定一個電子的運動狀態(tài)P175例9-3ψ(r,θ,φ)=

Rn,l

(r)·Yl,m

(θ,φ)1s,2s,3s的Ys圖相同2Px,3Px,4Px的YPx圖相同原子軌道角度分布圖角度波函數(shù)(angularwavefunction)徑向波函數(shù)(radialwavefunction)原子軌道徑向分布圖Rn,l(r)對r作圖Yl,m(θ,φ)對θ,φ作圖2Px,2Py,2Pz的Rn,l(r)圖相同二、原子軌道的角度分布氫原子的一些波函數(shù)軌道Rn,l(r)Yl,m(θ,φ)能量/J1sA1e–Br-2.18×10–182sA2(2-Br)e–Br/2-2.18×10–18/222pzA3re–Br/2

cosθ-2.18×10–18/222px

sinθcosφ2py

sinθsinφA1、A2、A3、B均為常數(shù)ψ(r,θ,φ)=

Rn,l

(r)·Yl,m

(θ,φ)Rn,l(r)ψ(r,θ,φ)=

Rn,l

(r)·Yl,m

(θ,φ)根據(jù)原子軌道的全波函數(shù)l=2

與r的多項式部分中最低次方相對應ψ(r,θ,φ)=

Rn,l

(r)·Yl,m

(θ,φ)1s,2s,3s的Ys圖相同；2Px,3Px,4Px的YPx圖相同分子結(jié)構(gòu)、在化學反應中發(fā)生的化學鍵（共價鍵是有方向性的）變化涉及軌道和電子云的角度分布。氫原子軌道的角度分布圖Yl

，m(θ，φ)對θ，φ

作圖在球坐標內(nèi)作原子軌道角度分布圖：①原子核在原點，從原點向每一個方向上引一直線，使其r等于|Y|值；②連接各直線的端點成一個空間曲面；③標上Y的正負號。若取直線長度等于|Y|2值，這樣的端點連成的曲面就成電子云的角度分布圖。無正負號，|Y|<1，|Y|2<|Y|值更小，電子云圖象要比軌道圖形“狹窄”一些。s軌道剖面圖s軌道立體圖電子云角度分布圖形Yl,m

(θ,φ)=1、s軌道角度分布圖無正、符號2、p軌道角度分布圖θ0°30°60°90°120°150°180°cosθ10.8660.50-0.5-0.866-10.4890.4230.2440-0.244-0.423-0.489在xy平面上的Y值為零xy平面稱為節(jié)面(nodalplane)

電子云的角度分布圖①無正負號②|Y|<1，|Y|2<|Y|，電子云圖比軌道圖“窄”角度分布的節(jié)面數(shù)：角量子數(shù)l3、d軌道角度分布圖3、d軌道角度分布圖角度分布的節(jié)面數(shù)：角量子數(shù)l第三節(jié)電子組態(tài)和元素周期表

、多電子原子的能級有效核電荷(effectivenuclearcharge):Z’=(Z–σ)

屏蔽常數(shù)σ（screeningconstant）屏蔽作用（screeningeffect）多電子原子中電子i的能量：Z’2RHn2E=-n=1,2,…RH=2.18×10-18J影響σ的因素：1.l相同，n愈大的電子，σ愈大，能量愈高：Ens

＜E（n+1）s＜E(n+2)s＜…2.n相同，l愈小的電子，σ愈小，能量愈低：Ens

＜Enp

＜End＜Enf。軌道能量排列次序：1s,2s,2p,3s,3p3.K,Ca（Z<20）：E4s＜E3d

Sc（Z>20）E4s>E3d

在Ca、Sc交界處：能級交錯（一）

Pauli不相容原理(Pauliexclusionprinciple)同一原子中不會有兩個電子處于相同的狀態(tài)同一原子中不應有兩個電子的n,l,m,ms完全相同一個軌道中最多只能

s2p6d10f14二、原子的電子組態(tài)（二）能量最低原理1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p能級組：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p

Ar

4s23d8

28Ni（基態(tài)）的電子排布式

Ar

3d84s21s22s22p63s23p63d84s2激發(fā)（基態(tài)）

Ar

3d84s15s1（激發(fā)態(tài)）體系能量最低20Ca（基態(tài)）的電子排布式1s22s22p63s23p64s2原子芯價電子價電子層

1s2s2px2py2pz

7N原子

（簡并軌道）

1s2s2px2py2pz

而不是（三）Hund規(guī)則（Hund’srule）電子在簡并軌道上排布時，盡可能分占不同的軌道,且自旋相同。24Cr:1s22s22p63s23p63d54s129Cu:1s22s22p63s23p63d94s1Fe3+

為何比Fe2+更穩(wěn)定全滿、半滿、全空規(guī)則：全滿：p6、d10、f14

半滿：p3、d5

、f7

全空：p0

、d0

、f026Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+

：1s22s22p63s23p63d6

4s軌道先排，先失三、元素周期表

核外電子排布（電子組態(tài)）的周期性變化是元素周期律的基礎(chǔ)

(一)能級組與周期n+0.7

l

規(guī)則：徐光憲第一能級組：1s(1)一2個第二能級組：2s2p(22.7)二8個第四能級組：4s3d4pn+0.7

l

規(guī)則第三能級組：3s3p(33.7)(44.44.7)三8個四18個1、每一個周期所含原子數(shù)目與對應能級組最多能容納的電子數(shù)目一致

2、元素所處的周期數(shù)（用阿拉伯數(shù)字表示）等于它的最外電子層數(shù)n

第七能級組：7s5f6d7p第五能級組：5s4d5p第六能級組：6s4f5d6p(55.45.7)(66.16.46.7)(77.17.47.7)n+0.7

l

規(guī)則（二）價層電子組態(tài)與族價層電子：與化合價有關(guān)的電子。8O1s22s22p416S1s22s22p63s23p46C1s22s22p214Si1s22s22p63s23p2ns2np4ns2np2副族(B)8個16個族主族(A)8個零族IA~VIIA最外層電子數(shù)=族數(shù)ns2np6(He為1s2)7N：1s22s22p3VA10Ne：1s22s22p6IIIIIIIVVVIVIIVIII副族(B)8個VIII族IB~IIBIIIB~VIIB(n-1)d10ns1~2(n-1)d1~9ns1~223V

Ar

3d34s2VB29Cu

Ar

3d104s1IB27Co

Ar

3d74s2VIII族數(shù)=ns+(n-1)d電子三列(8,9,10)（三）元素在周期表中的分區(qū)s區(qū)元素：最后1個電子填充在ns軌道上，價層電子的構(gòu)型是ns1或ns2，包括ⅠA和ⅡA族

p區(qū)元素：最后1個電子填充在np軌道上，價層電子構(gòu)型是ns2np1～6，包括ⅢA～VIIIA族元素。d區(qū)元素：價層電子構(gòu)型:(n－1)d1～9ns1～2，最后1個電子填充(n－1)d軌道上，包括ⅢB～ⅧB族元素

ds區(qū)元素：價層電子構(gòu)型:(n－1)d10ns1～2，次外層d軌道是充滿的，最外層軌道上有1～2個電子。它包括ⅠB和ⅡB族。

f區(qū)元素：最后1個電子填充在f軌道上，價層電子構(gòu)型：（n－2）f0～14ns2,或(n–2)f0～14(n－1)d0～2ns2，它包括鑭系和錒系元素。P184例9-6Z、電子構(gòu)型、周期表位置三者關(guān)系3.元素在周期表中的分區(qū)s區(qū)ns1~2IA，IIAp區(qū)ns2np1~6IIIA~VIIA，零族

(除He為1s2)d區(qū)(n-1)d1~9ns1~2IIIB~VIIB，VIIIB

ds區(qū)(n-1)d10ns1~2IB，IIB分區(qū)價層電子構(gòu)型所屬族原子序數(shù)為24的原子，電子進入_____個能級組，最后一個電子進入____亞層，周期表中位置_____周期，第____主族。24Cr:1s22s22p63s23p63d54s1（四）過渡元素概念第四節(jié)元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律三、元素的電負性(electronegativity)指元素的原子在分子中吸引電子的能力的相對大小，電負性大，原子在分子中吸引電子的能力強，反之就弱。見P187表9-4

第五節(jié)元素和人體健康一、生物元素概論必需元素和非必需元素已登錄和命名112種元素，其中92種存在于自然界，93號~112號為人工元素。生命元素(biologicalelement)：生物體中存在的元素(81種)特點：原子序數(shù)較小，碳、氫、氧、氮占細胞重量的99％。人體最豐富的10種元素也是海水中最豐富的10種元素。分類按體內(nèi)含量分：常量元素(macroelement)：含量>0.05%O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、Cl、Mg（11種）微量元素(traceelement)：含量<0.05%Fe、F、Zn、Cu、V、Sn、Se、Mn、I、Ni、Mo、Cr、Co、Br、As、Si、B、Sr等（70種）按元素對人體正常生命的作用分：必需元素(essentialelement)：11種常量元素和18種微量元素。非必需元素(non-essentialelement)P189表9-5，表9-6最基本的元素：____基本元素：________組成人體組織主要元素:_____________。是生物高分子蛋白質(zhì)、核酸、糖、脂肪的主要構(gòu)成元素，是生命活動的基礎(chǔ)。最適營養(yǎng)濃度定律：缺少：不能成活；適量：生長良好；過量：有害CCHONCHONPS周期表特點周期表位置：生物非金屬元素均為主族元素；除H外，均屬p區(qū)元素，價電子層結(jié)構(gòu)為ns2np1~5

14種生物金屬元素在周期表中有兩個主要密集區(qū)（1）ⅠA、ⅡA族的四金屬“島”（K、Na、Ca、Mg），它們是常量元素；（2）過渡元素，它們是微量元素，是生物體中金屬蛋白和金屬酶的重要結(jié)構(gòu)成分。生物界和非生物界的統(tǒng)一性和差異性：統(tǒng)一性：組成生物體的化學元素，在無機自然界都可以找到，沒有一種化學元素是生物所特有的。差異性：組成生物體的化學元素，在生物體內(nèi)和在無機自然界的含量相差很大。豐度規(guī)則:生物體有多種元素可選擇時，常選擇自然環(huán)境中豐度最高的那種。生物利用度:在豐度規(guī)則前提下，生物利用度也起決定作用。豐度雖高，但若可利用度低，也不會被選擇為必需元素。有效規(guī)則:生物體總是選擇更加有效的化合物加以利用。基本適宜規(guī)則:某種金屬元素若被選擇，它就具有完成某種功能的能力。生物進化中，對元素選擇利用的規(guī)律結(jié)構(gòu)材料：Ca、F、P、Si和少量的Mg，以難溶無機化合物形態(tài)存在于硬組織中，如SiO2、CaCO3、Ca10(PO4)6(OH)2等構(gòu)成骨骼、牙齒。游離離子：Na、Mg、K、Ca、Cl

等以游離離子形式存在于細胞內(nèi)、外液中，兩者之間保持一定濃度梯度，維持體液中水、電解質(zhì)平衡和酸、堿平衡或起特定的生理作用。元素在人體中的存在形態(tài)及生物功能生物大分子：蛋白質(zhì)、肽、核酸及類似物等（與生物配體形成金屬配合物）生物小分子：包括氨基酸、脂肪酸、糖、嘌呤、嘧啶、單核苷酸、卟啉、ATP等高能化合物。它們是構(gòu)成生物高分子的基本成分。C H O N P S糖類、脂肪水蛋白質(zhì)核酸Mg血鎂正常值：1mmol/L細胞外液：Na，Ca，Mg；細胞內(nèi)液：K，Mg激活己糖激酶、膽堿脂酶；參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝、神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳遞、肌肉的收縮等。鎂是制造細胞ＤＮＡ和ＲＮＡ的基本物質(zhì)。鎂還能使十二指腸括約肌松弛，利于膽汁流出，促進膽囊排空，既利消化又利膽。鎂缺乏癥：神經(jīng)肌肉興奮性極度增強。心情浮躁、沮喪、消沉、焦慮不安、神經(jīng)質(zhì)、肌肉無力、心律不整、厭食癥等；如果是女性的話，還可能引起皮膚粗糙、婦女經(jīng)期并發(fā)癥等。二、必需元素的生物功能簡介Mg缺鎂致癌已被實驗證明。人體缺鎂，體內(nèi)淋巴細胞的活動能力明顯下降，機體抵抗力降低，以致體內(nèi)癌細胞興風作浪。２００４年美國《臨床糖尿病雜志》兩篇文章，糖尿病的發(fā)病率與飲食中鎂的攝入量呈負相關(guān)，并發(fā)現(xiàn)鎂的保護作用對肥胖者的效果更為明顯。補鈣是世界性難題。但沒有鎂的調(diào)節(jié)，補鈣不可能達到預期效果。國外生產(chǎn)的鈣劑鈣片里必含有一定量的鎂，鈣與鎂一起補才有效。人體中的鎂來自主食和蔬菜。凡是皮色帶紫紅和紫黑的蔬菜、水果含鎂量都比較高Ca

“鈣是人體生命之本”①鈣是構(gòu)成骨、牙齒的重要成分，它使得骨骼和牙齒具有堅硬的結(jié)構(gòu)支架。②鈣參與人體整個生命過程，從骨骼形成、肌肉收縮、心臟跳動、神經(jīng)以及大腦的思維活動、直至人體的生長發(fā)育等。③成人體內(nèi)的總鈣量約1千克。鈣的體內(nèi)分布：99%：以骨鹽形式存在于骨骼中。1％：①一部分與檸檬酸螯合或蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用②一部分以離子狀態(tài)分布于軟組織、細胞外液和血液中。細胞外鈣占的比例雖小，卻發(fā)揮著及其重要的作用。③Ca2+也可以和胞漿中的鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合后發(fā)揮作用。正鈣平衡：人體內(nèi)吸收的鈣大于排泄的鈣。負鈣平衡：人體內(nèi)吸收鈣小于排泄鈣。只有在正鈣平衡狀態(tài)，人體內(nèi)才能有充足的鈣供給骨骼建造新骨，補充生長發(fā)育過程中肌肉、大腦、血液及其他組織器官所需要的鈣。幼兒及青少年缺鈣會引起生長遲緩、骨骼變形，出現(xiàn)佝僂病、牙齒發(fā)軟，易患齲齒人進入老年期，體內(nèi)組織器官功能減退以及骨鈣丟失加速，容易處于負鈣平衡狀態(tài)。這時機體為保證生理功能的正常發(fā)揮，就要動用骨庫的鈣來維持體內(nèi)的鈣平衡。終究會使骨鈣虧空，發(fā)生骨質(zhì)疏松、骨折。鈣的吸收食物和藥物中的鈣：化合物形式食品被攝入機體后，胃細胞分泌鹽酸將其幾乎完全解離成離子狀態(tài)。人體只能吸收游離的二價鈣離子。吸收部位：主要在小腸特別是十二指腸，部分在胃。草酸鹽、磷酸鹽在胃腸道中含量高，可結(jié)合和沉淀鈣，干擾鈣吸收。乳糖、氨基酸能促進鈣鹽的溶解，有利于鈣的吸收。(乳糖可促進嗜酸菌的生長，通過乳酸發(fā)酵導致消化道后段pH下降)

鈣的主動吸收涉及特定的鈣結(jié)合蛋白，受維生素D代謝物的誘導。鈣離子通過主動轉(zhuǎn)運，由鈉—鈣交換體系，通過載體將鈣離子從腸黏膜細胞輸送到細胞外液、血液中。鈣的吸收是一個主動耗能的過程，必須有糖和氧的參與。主動轉(zhuǎn)運濃度低

高原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（Na+-Ca2+泵）消耗ATP被動轉(zhuǎn)運濃度高

低細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運鈣的代謝為什么吃進體內(nèi)的鈣量天天改變，而血鈣的濃度卻能保持恒定？鈣在體內(nèi)的調(diào)節(jié)機制：1）腎臟參與調(diào)節(jié)血鈣濃度的穩(wěn)定。當胃腸道吸收大量的鈣時，血鈣濃度暫時升高，腎排泄鈣的能力增強，對鈣的吸收減弱，尿鈣明顯增加，血鈣濃度下降。2）胃腸參與調(diào)節(jié)血鈣的穩(wěn)定。胃腸能調(diào)節(jié)鈣的吸收與排泄。血鈣下降時，胃腸對鈣的吸收增強，而血鈣上升時，胃腸對鈣的吸收減弱。鈣的功能鈣與激素：激素（甲狀旁腺激素、降鈣素和維生素D、性激素、生長激素等）是控制和協(xié)調(diào)鈣、磷代謝的最重要因素。鈣與酶：鈣是許多酶（胰α-淀粉酶、胰磷脂酶A、胰蛋白酶原、肌肉鈣激活蛋白酶、蛋白激酶C、磷酸化酶激酶）的激活劑。鈣激活促凝血酶原激酶和凝血酶原，參與凝血過程。如果血漿中的Ca2+被草酸結(jié)合，血液則不再凝固。鈣與維生素：維生素D通過與甲狀旁腺激素的協(xié)同作用，促進骨吸收和骨鈣進入血液，再通過提高血液和骨中檸檬酸與鈣螯合成復合物，轉(zhuǎn)運到新骨。鈣與細胞信息傳遞：細胞對信號的反應受控于鈣離子的傳遞，信號引發(fā)細胞質(zhì)中Ca2+濃度增加。神經(jīng)細胞末端是從細胞外液獲得Ca2+；骨骼肌細胞Ca2+是直接來源于貯存鈣的細胞器。鈣信號的最終作用是肌肉收縮，激素分泌，吞噬作用和細胞分裂。鈣信號在激活細胞參與細胞分裂過程中起到信息傳遞作用。鈣的功能鈣泵一部分伸出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，一部分在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)起固定作用，整個形狀像一個貫穿膜的通道。每水解一個ATP，它可轉(zhuǎn)運兩個鈣離子進入肌質(zhì)網(wǎng)，同時，轉(zhuǎn)運兩到三個氫離子離開肌質(zhì)網(wǎng)。肌質(zhì)網(wǎng)（肌肉細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）神經(jīng)傳遞信號肌細胞大量鈣離子釋放粘附到運動纖維上的原肌球蛋白上，導致肌球蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變并且使肌纖維發(fā)生相對滑動，肌肉持續(xù)收縮，直到鈣離子離開肌球蛋白。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜肌肉收縮與鈣第二信使M受體乙酰膽堿（ACh）第二信使Ca2+當細胞外液的Ca2+通過鈣通道進人細胞，或者亞細胞器內(nèi)儲存的Ca2+釋放到胞漿時，使胞漿內(nèi)Ca2+水平急劇升高，引起某些酶活性和蛋白功能的改變，從而調(diào)節(jié)各種生命活動。常用食物中的鈣含量（mg/100g）

“一杯牛奶拯救一個民族”：日本目前每年人均牛奶消耗量達到68L，而中國僅為6.6L。

乳類與乳制品、豆類與豆制品、海產(chǎn)品、肉類與禽蛋、蔬菜類（芹菜、油菜、胡蘿卜）、水果與干果類。食物保鮮貯存可減少鈣耗損，牛奶加熱不要攪拌，炒菜要多加水、時間宜短，切菜不能太碎。菠菜、茭白、韭菜都含草酸較多，宜先用熱水浸泡片刻以溶去草酸。常用食物中的鈣含量（mg/100g）

乳糖可貯留較多膳食鈣，高粱、蕎麥片、燕麥、玉米等雜糧較稻米、面粉含鈣多。Fe鐵是血紅蛋白和肌紅蛋白的組成部分。在體內(nèi)參與氧的運輸和貯存。它也是細胞色素的組成成分，參與氧的利用。鐵在血紅蛋白、肌紅蛋白和細胞色素中都以Fe(Ⅱ)與原卟啉形成配合物。鐵還是很多酶的活性中心。人體內(nèi)含鐵：4.2g～6.lg，（一個小鐵釘），約占人體體重的0.004％，但它的作用卻十分大。大部分食物中的鐵都是難以吸收的高鐵離子，當進入胃后，胃酸將之轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，并與維生素C、某些糖類及氨基酸絡合，才能吸收。鐵的分類和功能分類：功能鐵（>80％）、儲存鐵（<20%）功能鐵包括：（l）血紅蛋白和肌紅蛋白的鐵，占全身總鐵量的75％左右，在血液中擔負著氧的輸送任務，與生命攸關(guān)。（2）存在于細胞色素和一些酶中的鐵，約為1％左右，參與體內(nèi)許多重要的代謝過程。三羧酸循環(huán)中有1/2以上的酶含鐵，或有鐵存在時才能發(fā)揮生理功能。（3）存在于鐵蛋白中的鐵，只占體內(nèi)總鐵量的0.l％，在血液里擔負著繁重的鐵運載任務。

貯存鐵包括:（l）鐵蛋白，約占總鐵量的15％。它既可儲存又可提取，具有及時補充、無害、高效的特點。（2）含鐵血黃素，其中的鐵占總鐵量的5％左右，是不能被立即動用的貯存鐵。鐵與食物含鐵較多的食物：動物肝臟、腎、心臟、瘦肉、蛋黃、紫菜、海帶、黑木耳、芹菜、油菜和番茄等。膳食中的蛋白質(zhì)和維生素C能提高鐵的吸收率。因此，既含鐵又富含維生素C的紅棗、桔子是治療缺鐵性貧血的良好食物。茶葉中含有能使鐵沉淀的鞣質(zhì)，不利于鐵的吸收。飲用大量咖啡也會阻礙鐵的吸收。過量鐵的危害雖然鐵有重要功能，但也不能攝入過量。當血液中鐵蛋白濃度達200mg/L時，心臟病發(fā)病率會高出三倍。血液中鐵蛋白濃度每上升1%，心臟病發(fā)作的危險性就會提高4%。這是因為過剩的鐵促進自由基的形成，而自由基會損害動脈壁細胞，也會損傷心肌。為此，除患缺鐵性貧血癥的人，應避免補充鐵。只要經(jīng)常食用含鐵的食物即可。四大營養(yǎng)問題之一：缺鐵性貧血缺鐵性貧血(IDA)：體內(nèi)貯存鐵不足，影響血紅蛋白合成所引起的一種小細胞低色素性貧血。膳食中鐵長期不足，或肌體吸收利用不良以及失鐵過多，可引起缺鐵性貧血，是貧血中最常見的一種，發(fā)病率高。全世界約有10%～30％的人群有不同程度的缺鐵。男性發(fā)病率約10％，女性大于20％。人體缺鐵會出現(xiàn)面色蒼白、頭暈、乏力氣促，心悸等癥狀，嬰、幼兒缺鐵則表現(xiàn)為皮膚粘膜蒼白、厭食、乏力、疲倦、發(fā)育遲緩，甚至智力低下。Zn鋅是構(gòu)成多種蛋白質(zhì)所必需的前提。人體內(nèi)大約含有2克鋅，大多分布在骨骼、肌肉、血漿和頭發(fā)中，視神經(jīng)中含量最高，其次是精液。生物體內(nèi)含鋅酶超過200種。缺鋅使許多酶活性下降，引起代謝紊亂，發(fā)育和生長受阻，影響生殖和視力。是人體智力發(fā)育、生殖遺傳、免疫、內(nèi)分泌、神經(jīng)、體液等重要生理過程中必不可少的物質(zhì)。生理功能促進生長發(fā)育、改善食欲及性功能

缺鋅時導致含鋅酶活性降低，DNA復制能力減弱，蛋白質(zhì)合成障礙，細胞分裂和生長受到抑制。同時生長激素分泌受到影響，引起兒童體格和智力發(fā)育遲緩。鋅低于70ppm，即可出現(xiàn)食欲減退和發(fā)育遲緩。鋅對性器官發(fā)育和性功能維持也是必不可少的，缺鋅可引起閉經(jīng)、陽痿及男性不育。生理功能促進傷口愈合，增強免疫功能

鋅能促進蛋白質(zhì)合成、成纖維細胞增生和上皮形成，從而加速傷口修復。鋅也從各個環(huán)節(jié)增強機體的免疫功能，預防或治療缺鋅引起的免疫缺陷。

生理功能維持夜視和暗適應能力

夜視依賴于維生素A和視黃醛的供應。視網(wǎng)膜桿狀細胞對長波感光后使視黃醛還原為視黃醇。視黃醇在含鋅醇脫氫酶的作用下，再生為視黃醛而恢復對長波的感光能力。缺鋅時醇脫氫酶活性降低，于是便出現(xiàn)夜盲和暗適應能力下降。生理功能穩(wěn)定生物膜

改善能量代謝及血液灌注鋅能抑制由鐵引發(fā)的自由基產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化反應，并以銅鋅超氧化物岐化酶（Cu2Zn2—SOD）的形式參與對超氧離子自由基的清除，從而保護膜上的巰基免遭氧化，增加膜的穩(wěn)定性，這一作用可能有助于防止癌變。通過與鈣離子的競爭作用，鋅可抑制血小板聚集和5—羥色胺的釋放而影響血液凝固。鋅能改善缺血缺氧組織的糖和脂肪代謝，降低膽固醇，增加末梢循環(huán)的血液灌流，減輕組織損傷。Zn缺乏缺鋅最常見的病因是膳食不平衡。鋅缺乏的特征是食欲減退，生長發(fā)育遲緩，皮膚粗糙、干裂，味覺失去靈敏度，毛發(fā)色素變淡，指甲上有白斑，創(chuàng)傷愈合較慢等；孕婦缺鋅甚至可能出現(xiàn)胎兒畸形。缺鋅嚴重，幼兒、小孩會出現(xiàn)厭食、臆食、影響智力、影響發(fā)育等癥狀。

Zn過量急性中毒：臨床表現(xiàn)為嘔吐、腹瀉、頭痛和肌肉收縮失調(diào)。食物中的Zn含鋅豐富的食物：肉類中的豬肝、豬腎、瘦肉等；海產(chǎn)品中的魚、紫菜、牡蠣、蛤蜊等，其中牡蠣含鋅最高，每百克含鋅為100毫克，堪稱鋅元素寶庫；豆類食品中的黃豆、綠豆、蠶豆等；硬殼果類中的花生、核桃、栗子等，均可選擇食用。Al

鋁是人體必需的微量元素之一，醫(yī)學界認為人體內(nèi)鋁總含量約100毫克。人體內(nèi)微量鋁的存在能抑制腸道內(nèi)磷的過量吸收，降低血磷含量，阻止繼發(fā)性副甲狀腺機能亢進引起的血磷增高、軟組織鈣化及腎結(jié)石形成。過量鋁的危害人體內(nèi)積蓄的鋁超過正常值5陪以上時：破壞某些酶的活性，引起消化功能紊亂；破壞正常鈣磷比例，影響骨骼和牙齒的發(fā)育，并能使骨骼脫鈣、軟化、疏松。正常人大腦中，鋁含量僅為2-3毫克。若鋁攝入量過多，在人體的大腦、肝、脾、腎、甲狀腺等組織器官的蓄積，會損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，引起行為異常、智能障礙、運動震顫，反正遲鈍，并可能加快人體衰老和誘發(fā)老年癡呆癥。高鋁飲食與老年性癡呆

科學家們發(fā)現(xiàn)老年性癡呆患者的大腦內(nèi)鋁含量顯著高于正常值，動物腦中鋁含量增加，其學習、記憶力呈降低表現(xiàn)。高鋁飲食可導致鋁元素在動物腦內(nèi)異常積累，導致神經(jīng)系統(tǒng)損害，引起近期記憶力減退，產(chǎn)生了老年性癡呆行為表現(xiàn)。鋁與腦組織有較大的親和力，易于在腦內(nèi)蓄積。鋁在不同的腦區(qū)含量較高，鋁進入腦組織后很難代謝出去，這是由于鋁為較強的絡合劑，能與蛋白質(zhì)螯合后成難以解脫的團塊，使蛋白質(zhì)變性，發(fā)生在腦的神經(jīng)細胞，則干擾腦細胞活動，破壞神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，從而影響神經(jīng)功能。如何減少鋁的攝入鋁制炊具已成為人類不可缺少的日用品，在使用鋁制炊具時應保護好鋁制品外部的氧化層，避免同其他硬質(zhì)器具磨擦，防止鋁粉混入食品中。還應避免鋁制品炊具盛放過咸、過酸或堿性食物，以使保護膜不遭到破壞。明礬被作為食品添加劑：如在粉絲加工制作過程中，必須加入0.5％左右的明礬液，但隨著粉絲的成形和干燥，粉絲中明礬的含量會相對增高。明礬常作疏松劑用來炸制油條等。碘甲狀腺素的組成成分。缺碘會出現(xiàn)甲狀腺腫和克汀病（呆小?。?，造成智力低下，它不單純是一個疾病問題，而是影響國民素質(zhì)和生產(chǎn)力、危及民族未來的大事。我國向世界承諾2000年消除碘缺乏，但防止碘缺乏死灰復燃任務還很艱巨。防治碘缺乏最簡單最有效的方法是普遍食用加碘鹽。硒缺硒會引起克山病、大骨節(jié)病、白內(nèi)障。硒過量則有毒，人患脫甲脫發(fā)病。硒在體內(nèi)的活性形式有含硒酶和含硒蛋白。谷光甘肽過氧化物酶(GSHpx)是含硒酶的一種，一個分子含有4個硒原子，是體內(nèi)抗氧化劑，主要作用是阻斷自由基的生成，其特異底物是還原型谷光甘肽，它將過氧化氫還原為醇和水，保護生物膜。這也是硒抗氧化抗衰老的機制。銅

成人體內(nèi)含銅50-150mg，三分之一至三分之二存在于肌肉，其余存在于肝、腦、心、腎等器官。它主要參與造血過程，影響鐵的運輸和代謝。在血漿中，銅以銅藍蛋白形式存在，一個分子含8個銅離子，4個是Cu+、4個是Cu2+離子。它催化氧化Fe2+成Fe3+，從而將鐵運到骨髓。缺銅會引起缺銅性貧血、白化病。銅還是超氧化物歧化酶(SOD)的組成部分，SOD是體內(nèi)一種重要的抗氧化劑。1.食補比藥補好，食物中的營養(yǎng)元素含量豐富。2.淘米的次數(shù)并不是次數(shù)越多越好，淘的次數(shù)越多，一些營養(yǎng)元素越會溶解在水中而損失。1、在有OH-