Периодическая система, элементные классификации и место в них s-элементов

Первого марта 1869 года Д.И. Менделеев обнародовал периодический закон и «естественную», так он первоначально ее называл, таблицу элементов. Формулировка периодического закона гласила: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими веществ, находятся в периодической зависимости от их атомного веса».

В момент представления первого варианта таблицы отсутствовали сведения о внутреннем строении атома, и было открыто только 67 элементов. Лишь спустя примерно 50 лет, в двадцатых годах прошлого столетия после революционных открытий строения атома, открытия новых элементов периодический закон приобрел современное звучание. В трактовке закона понятие «атомный вес» элемента было заменено словами «атомный» (или «порядковый») номер, что отвечает числу протонов в ядре атома, и соответственно, числу электронов у нейтрального атома.

Сегодня в научной и учебной литературе часто можно встретить устаревшую форму, так называемую короткую периодическую таблицу. Современная форма периодической таблицы была принята по решению ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии) 1989 года. В отличие от российского, зарубежное образование приняло к исполнению решение о введении современной периодической таблицы незамедлительно. Современная периодическая система состоит из 18 групп, обозначенных арабскими (вместо римских) цифрами, и не содержит подгрупп, рядов и семейств побочных элементов [218].
S-элементы в современной периодической системе расположены в 1 и 2 группах и являются металлами.

Автор считает, что все s-элементы необходимо рассматривать как нутриционные (оказывающие влияние на здоровье), включая те, эссенциальность (необходимость поступления с пищей для которых) пока не доказана. Ведь, с одной стороны, пределы обнаружения многих элементов существующими методами анализа пока еще недостаточны для того, чтобы подтвердить гениальные предвидения великого русского ученого В.И. Вернадского, о том, что любой элемент Периодической системы может быть обнаружен в организме человека и, возможно, имеет свое биологическое значение.

С другой стороны, низкий уровень экологичности многих современных промышленных технологий возводит в ранг токсикантов ряд элементов, для которых уже доказано необходимое функциональное значение.

Таким образом, нутриционные s-элементы – это щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций) и щелочноземельные (бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий) металлы, а также водород.

Каково место щелочных и щелочноземельных металлов в элементной классификации? Еще в конце ХIХ века выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский впервые классифицировал химические элементы внутренней среды организма на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Макроэлементы – минеральные вещества, содержание которых в организме довольно значительно – от 10^–2% и выше. Микроэлементов – 10^–3 – 10^–4%, а элементы, которые встречаются в организме от
10^–5% и меньше – ультрамикроэлементы.

Позже выделили группу основных или биогенных элементов, состоящую из углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы [223], необходимых без исключения абсолютно всем живым организмам. По другой классификации 12 элементов, на 99% формирующих элементный состав организма отнесли к структурным: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий, калий, хлор и фтор.

Элементы неравномерно распределены между живым существом, от вида к виду существует большие отличия в потребности к различным элементам. Для человека микроэлементом называют элемент, потребность в котором находится в пределах от нескольких десятков микрограммов до 1–2 мг в сутки; макроэлементом – от сотен миллиграммов до нескольких граммов. Однако важно отметить, что использование приставки микро- в такой классификации не соответствует ее истинному значению (10^–6 г), в частности для микроэлемента меди средняя суточная потребность составляет 2 мг, марганца – 7 мг и т.д.

Более правильное использование приставок в названии биологически важных химических элементов отражено в правой части табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Классификации минеральных элементов

Принятая в настоящее время	→	Рекомендуемая, с учетом действительных обозначений латинских приставок [Полянская, 2005]
Микроэлементы	10 мкм – 2 мг	Наноэлементы	1–999 нг
Микроэлементы	1–999 мкг
Элементы, занимающие промежуточное положение между микро- и макроэлементами	10–20 мг	Миллиэлементы	1–999 мг
Макроэлементы	100 мг – 10 г	Макроэлементы	1 и более г

Однако зачастую для различных категорий людей рекомендуемая суточная потребность различается, и для разных людей элемент попадает в различные градации. Так, рекомендуемые нормы потребления кальция для детей первого года жизни 400–600 мг (микроэлемент); 7–10 лет – 1100 мг (макроэлемент).

Наиболее совершенной классификацией минеральных элементов пищи человека нам представляется принятие за признак разделения содержание элемента в женском молоке [138] с учетом истинного значения латинских десятичных приставок. Содержания элементов в молоке женщин, живущих в разных районах мира, различается мало, в силу гомеостатических механизмов. По этому признаку калий (4,1–5,5 мг%), натрий (9–13 мг%), кальций (22–29 мг%) и магний (2,9–3,8 мг%) являются миллиэлементами, барий (10–30 мкг%) и стронций (≈ 30 мкг%) – микроэлементами. Франций и радий, по-видимому, наноэлементы. Возможно и использование данных по нормальному содержанию элементов в крови человека.

По другой классификации элементы делят на жизненно необходимые или эссенциальные (Са, Мg, К, Na, P, S, Cl, Fe, Zn, Mn, Mo, I, Se, Cu, Co), условно-необходимые (F, Si, Ti, V, Cr, Ni, As, Br, Cd, Sr) и элементы малоизученного действия (Li, Bi, B, Sc, Al, Ga, Ge, Pb, Zr, Ag, Sn, Sb, Cs, Ba, Hg, Re, Th, U и др.).

Классификация является подвижной, элемент после открытия медицинской элементологией данных о важном участии в метаболических процессах поднимается на ступеньку выше. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, обладающих в свободном виде свойствами металлов и имеющих атомную массу свыше 50 единиц [221]. Из s-элементов это стронций и барий.

Чтобы ответить на вопрос, какие элементы в большей степени накапливаются в организме, мы рассчитали коэффициент накопления элемента в организме взрослого человека Кн:

ω_чел

Кн = ––––––––;

ω_лит

где ω_чел – массовая доля элемента в организме взрослого человека, %,

ω_лит – массовая доля элемента в литосфере Земли, % [41].

Из столбиковой диаграммы коэффициента накопления (рис. 2.1) видно, что из S-элементов в первую очередь в организме человека накапливаются водород и натрий, а меньше всего – бериллий и барий (их примерно в миллион раз меньше, чем в литосфере).

По этому признаку человека можно назвать гидрогениумфилом («гидрогениум» – водород) и натриумфилом.

Таким образом, s-элементы относятся к металлам (кроме водорода), попадающим в различные градации любых классификаций. Стронций и барий – тяжелые металлы. Калий, натрий, кальций и магний являются миллиэлементами; стронций, барий, литий, рубидий, цезий – микроэлементами; франций и радий – наноэлементы, при использовании классификации с учетом истинного значения латинских десятичных приставок. К наиболее накапливаемым s-элементам относятся водород и натрий.

Р и с. 2.1. Коэффициент накопления элемента
в организме взрослого человека, Кн