مقاله در مورد اثر مس روی سطح بیولوژیک بدن

بخشی از مقاله

اثر مس روی سطح بیولوژیک بدن

تاريخچه‌ي كاربرد مس :
تاريخ استفاده از مس حداقل به 10000 سال پيش مي‌رسد. در طول دوره‌ي ماقبل تاريخ كالكوليتيك Chalcolithic انسان دريافت كه چگونه مس را استخراج كند و از آن تزئينات و ابزارآلات بسازد ([لينک ها فقط براي اعضا قابل نمايش هستند. براي عضويت کليک کنيد]). ابزارآلات مسي كشف‌شده قدمتي در حدود 5000 سال پيش از ميلاد مسيح را نشان مي‌دهند ([لينک ها فقط براي اعضا قابل نمايش هستند. براي عضويت کليک کنيد]). مشاهدات باستان‌شناسي نشان‌مي‌دهد كه قدمت استفاده از مس به‌عنوان وسيله‌اي زينتي در غرب آسيا مربوط به ده هزار سال قبل مي‌باشد.

آويزه‌ي مسي متعلق به سال 8700 قبل از ميلاد يكي از قديمي‌ترين موارد مصرف مس در زيورآلات است كه در شمال عراق کنوني پيدا شده است (minerals.er.usgs.gov). در يکي از اهرام مصر يک سيستم لوله‌کشي با مس پيدا شده که مربوط به5000 سال پيش است. مرد يخي Oetzi، که در اروپا به دقت نگهداري مي‌شود و متعلق به3200 سال قبل از ميلاد است، تبري با نوک مسي در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% مي‌باشد. مس به خاطر زيبايي درخشانش در باستان براي ساخت آئينه استفاده مي‌شده است ([لينک ها فقط براي اعضا قابل نمايش هستند. براي عضويت کليک کنيد]).

از مهم‌ترين حوادث تاريخي تعيين‌كننده در مسير تكامل دانش بشر در زمينه‌ي استفاده از مس، كشف چگونگي توليد آلياژ برنز مي‌باشد.
اكتشافات باستان‌شناسي نشان مي‌دهد كه در ايران از هزاره‌ي پنجم پيش از ميلاد، استفاده از مس رونق داشته است. اشياي مفرغي به دست آمده از هزاره‌هاي بعد، گوياي پيشرفت استفاده از مس مي‌باشد.

خواص اتمي مس
وزن اتمي 63.536 amu
شعاع اتمي (calc.) 135 (145) pm
شعاع کووالانسي 138 pm
شعاع وندروالس 140 pm
ساختار الکتروني Ar]3d104s1]

-e بازاي هر سطح انرژي 2, 8, 18, 1
درجه اکسيداسيون «اکسيد) 2,1 (باز ملايم)
ساختار کريستالي مکعبي, face-centered
خواص فيزيکي
حالت ماده جامد __)
نقطه ذوب 1357.6 K (1984.3 °F)

نقطه جوش 2840 K (4653 °F)
حجم مولي 7.11 ?»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرماي تبخير 300.3 kJ/mol
گرماي هم جوشي 13.05 kJ/mol
فشار بخار 0.0505 Pa at 1358 K
سرعت صوت 3570 m/s at 293.15 K

متفرقه
الکترونگاتيويته 1.9 «درجه پائولينگ)
ظرفيت گرمايي ويژه 380 J/«kg*K)
رسانائي الکتريکي 59.6 106/m اهم
رسانائي گرمايي 401 W/«m*K)
1st پتانسيل يونيزاسيون 745.5 kJ/mol
2nd پتانسيل يونيزاسيون 1957.9 kJ/mol

3rd پتانسيل يونيزاسيون 3555 kJ/mol
4th پتانسيل يونيزاسيون 5536 kJ/mol
پايدارترين ايزوتوپها
ايزو وفور طبيعي نيمه عمر DM DE MeV DP
63Cu 69.17% Cu با 34 نوترون پايدار است
64Cu {syn.} 12.7 h ? 1.675 64Ni

64Cu {syn.} 12.7 h ?- 0.579 64Zn
65Cu 30.83% Cu با 36 نوترون پايدار است
واحدهاي SI& STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.
مس يکي از عناصر جدول تناوبي است که نشان آن Cu و عدد اتمي آن 29 مي باشد.
خصوصيات قابل توجه

مس فلز نسبتا" قرمز رنگي است که از خاصيت هدايت الکتريکي و حرارتي بسيار بالايي برخوردار مي باشد.( در بين فلزات خالص ، تنها خاصيت هدايت الکتريکي نقره در حرارت اطاق از مس بيشتر است) چون قدمت مصنوعات مسي کشف شده به سال 8700 قبل از ميلاد برمي گردد، احتمالا" اين فلز قديمي ترين فلز مورد استفاده انسان مي باشد.مس علاوه بر اينکه در سنگهاي معدني گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزي نيز يافت مي شود.( مثلا" مس خالص در بعضي مناطق).

اين فلز را يونانيان تحت عنوان Chalkos مي شناختند. چون مقدار بسيار زيادي از اين فلز در قبرس استخراج مي شد روميان آنرا aes Cyprium مي ناميدند. بعدها اين کلمه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهايت انگليسي شده و به لغت Copper تبديل شد.
کاربردها

مس فلزي قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهاي زيادي در موار زير دارد:
سيمهاي مسي
لوله هاي مسي
دستگيره هاي درب و ساير وسايل منزل
مجسمه سازي. مثلا" مجسمه آزادي شامل 179000 پوند مس مي باشد.
آهنرباهاي الکتريکي.
موتورها، بخصوص موتورهاي الکترومغناطيسي.
موتور بخار وات.

کليدها و تقويت کننده هاي الکتريکي.
لامپهاي خلاء ، لامپهاي پرتوي کاتدي ومگنترونهاي اجاقهاي مايکرو ويو.
هدايت کننده موج براي تشعشع مايکروويو.
به علت خاصيت هدايت بهتر آن نسبت به آلومينيوم، کاربرد مس در IC ها به جاي آلومينيوم رو به افزايش است.

بعنوان جزئي از سکه ها.
در وسايل آشپزي، از جمله ماهي تابه .
بيشتر سرويسهاي قاشق چنگال ( flatware) قاشقها،چنگالها و چاقوها داراي مقاديري مس هستند(نقره نيکلي).
اگر نقره استرلينگ در ظروف غذاخوري بکار رفته باشد ،حتما"بايد داراي درصد کمي مس باشد.
بعنوان بخشي از لعاب سراميکي و در رنگ آميزي شيشه .
وسايل موسيقي ،بخصوص سازهاي بادي.
بعنوان يک بيواستاتيک در بيمارستانها وپوشاندن قسمتهاي مختلف کشتي براي حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها.
ترکيباتي مانند محلول فلينگ که در شيمي کاربرد دارد.
سولفات مس که بعنوان سم و تصفيه کننده آب کاربرد دارد.
نقش بيولوژيکي
وجود مس براي کليه گياهان و حيوانات عالي ضروري مي باشد. مس در آنزيمهاي متنوعي ،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزيم حاوي Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلي در رنگدانه حامل اکسيژن hemocyanin است.RDA براي مس در بزرگسالان سالم 9/0 ميلي گرم در روز مي باشد.
مس در جريان خون عمدتا" روي پروتئين پلاسمايي بنام ceruloplasmin حرکت مي کند. اگرچه مس اول در روده جذب مي شود، اين عنصر همبسته با آلبومين به سوي کبد منتقل مي شود.
يک حالت ارثي که بيماري ويلسون ناميده مي شود موجب باقي ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود.اين بيماري در صورت عدم درمان مي تواند منجر به آسيبهاي کبدي و مغزي شود.

پيدايش
مس معمولا" به شکل معدني يافت مي شود.کانيهايي مثل آزوريت ، مالاکيت و برنيت همانند سولفيدهايي از جمله کالکوپيريت ( CuFeS2) ،کوولين ( CuS)،کالکوزين ( Cu2S) يا اکسيدهايي مانند کوپريت (Cu2O) از منابع مس هستند.

ترکيبات
اطلاعات اوليه

مس (Cu) از فلزات واسطه در جدول تناوبي به حساب مي آيد. مس در ترکيبات خود ، داراي عدد اکسايش 1+ است. افزون بر اين ، اتم مس تحت شرايط مناسبي با از دست دادن الکترونهاي خود ، عددهاي اکسايش 2+ و 3+ هم بدست آورد. در هر حال ، مس در مهمترين ترکيبهاي خود ، عدد اکسايش 2+ دارد.

شيمي مس
مس فلزي است نسبتا نرم و قرمز رنگ. و مي توان آنرا به صورت ورق و مفتول در آورد. رسانايي الکتريکي و گرمايي آن زياد است و از نظر رسانايي الکتريکي ، بعد از نقره قرار دارد. (رسانايي الکتريکي نقره از تمام فلزها بيشتراست). سطح مس در هواي مرطوب از يک لايه کربنات بازي سبز رنگ پوشيده مي شود.
لايه کربنات بازي سبز 2Cu+O2+Co2+H2O = Cu(OH)2.CuCo3
اثر اسيدها بر روي مس
محلولهاي رقيق «اسيد هيدرو کلريک» و «اسيد سولفوريک» بر مس که در سري الکتروشيميايي در زير هيدروژن قرار دارد ، اثر نمي کنند ، اما مس در «اسيد نيتريک» رقيق و غليظ و همچنين «اسيد سولفوريک» غليظ به واسطه اثر اکسيد کنندگي آنها حل مي شود. يک نکته جالب توجه اين است که مس مي تواند از «اسيد هيدرو سيانيک» غليظ ، HCN ، هيدروژن آزاد مي کند و احتمالا عامل انجام اين واکنش ، تمايل زياد مس (

I) براي تشکيل کمپلکس با يون سيانيد است.
آلياژهاي مس
مس به سهولت با پاره اي از فلزهاي ديگر ، آلياژ تشکيل مي دهد. مس در ظروف پخت و پز ، وسايل الکتريکي ، ماشين آلات صنعتي و سکه به کار مي رود ، آلياژهاي مس عبارتند از:
برنج: مس ، روي ، قلع ، سرب و منگنز.
برنز: مس ، روي ، قلع ، سرب و فسفر
مفرغ: مس و قلع.
نقره آلماني: مس ، روي و نيکل.

سکه نيکلي: مس و نيکل.
نقره استرلينگ: مس و نقره.
طلا (14 و 18 عيار): مس ، طلا و نقره.

وجود در طبيعت

مس در طبيعت به حالت آزاد و به صورت سولفيد ، اکسيد و کربنات يافت مي شود. کانيهاي اصلي آن عبارتند از:
«پيريت مس» يا «کالکو پيريت» CuFeS2 که 50 درصد ذخاير طبيعي مس را تشکيل مي دهد.
«کالکوسيت» Cu2S
«کوپريت» Cu2O
«مالاخيت» Cu(OH)3.CuCO3
مس از نظر فراواني ، لبيت و پنجمين عنصر پوسته زمين است.

استخراج مس
کانيهاي سولفيد را پس از تغليظ به روشهاي فيزيکي تا دماي زياد در جريان هوا حرارت مي دهند. در اين عمل قسمتي از سولفيد به اکسيد تبديل مي شود: اکسيد مس (I) با سولفيد مس(I) ترکيب و فلز مس آزاد مي شود:
سولفيد آهن موجود در کاني نيز به اکسيد تبديل مي شود که بلافاصله با دي اکسيد سيليسيوم که همراه کاني است ، سيليکات آهن تشکيل مي دهد که سبکتر است و در بالاي مس مذاب قرار مي گيرد.
مضرات گاز دي اکسيد گوگرد حاصل از استخراج مس:
چنانچه دي اکسيد گوگرد توليد شده در فضا رها شود (و معمولا چنين است) ، علاوه بر بوي نامطبوعي که دارد ، تنفس آن هم براي سلامت انسان مضر است و چنانچه غلظت آن زياد باشد ، گياهان اطراف محل کارخانه را تا شعاع چند کيلومتر خشک مي کند. دي اکسيد گوگرد همچنين در هوا به کندي به «تري اکسيد گوگرد» SO3 تبديل مي شود که به نوبه خود با رطوبت هوا ترکيب شده ، اسيد سولفوريک توليد مي کند. گاز دي اکسيد گوگرد را مي توان به کمک کاتاليزگر (از طريق SO3) به اسيد سولفوريک تبديل کرد يا اينکه آن را به وسيله کربن گداخته کاهش داد و به گوگرد تبديل نمود و به اين ترتيب به حفظ محيط زيست ، کمک کرد.

تصفيه مس
مس حاصل از کاني سولفيد ، کاملا ناخالص است و ناخالصيهاي عمده آن ، نقره ، طلا ، آهن ، روي ، سرب ، ارسنيک ، گوگرد ، اکسيد مس (I) و تکه هايي از سيليکات آهن است. از آنجا که حتي مقادير کم اين ناخالصيها ، رسانايي الکتريکي مس را به ميزان قابل توجهي کم مي کند ، لازم است که مس تصفيه شود. براي اين منظور فلز مذاب را در جريان هوا حرارت مي دهند. «ارسنيک» و «گوگرد» به اکسيدهاي گوگرد فرار تبديل شده ، از فلز مذاب خارج مي شوند. ناخالصيهاي ديگر را از راه تصفيه الکتروشيمايي جدا مي سازند. تيغه هاي مس خالص به عنوان کاتد به کار برده مي شوند و به عنوان الکتروليت هم از مخلوط «اسيد سولفوريک» رقيق ، «کلريد مس» و «سولفات مس استفاده مي کنند.

لجن آندي و شمش کاتدي
به وسيله تنظيم دقيق ولتاژ در تصفيه مس ، در سول الکتروليز فقط مس و ناخالصيهاي فلزي الکتروپوزيتويته (مثل آهن ، روي و سرب) در آند به يون تبديل مي شوند و ناخالصيهاي فلزي (مثل نقره و طلا ) که الکتروپوزيتوي آنها از مس کمتر است ، تغيير نکرده ، با خورده شدن تدريجي آند به ته ظرف الکتروليز سقوط مي کنند و «لجن آندي» را تشکيل مي دهند. براي جدا کردن فلزهاي پرارزش ، اين لجن آندي بعدا مورد استفاده قرار مي گيرد. تنظيم ولتاژ طوري است که در کاتد ، فقط يون مس به صورت مس فلزي کاسته شده ، بر روي کاتد خالص مي نشيند. درجه خلوص مس حاصل ، از 9/99 درصد بيشتر است که «شمش کاتدي» ناميده مي شود.

مس در آبهای طبیعی:
ترکيبهاي مس در آبهاي طبيعي به مقدار اندک وجود دارد و بيشتر بر اثر پسابهاي کارخا نجات استخراج مس و ترکيبهاي آن , استفاده از لوله هاي مسي براي انتقال آب ؛ استفاده برخي از نمکهاي مس مانند سولفات مس براي از بين بردن رشد جلبکها در مخزنهاي ته نشيني در فرايند تصفيه آب و در استخرهاي شنا و يا به عنوان آفت کش در کشاورزي در آبهاي جاري راه پيدا ميکند.
مقدار اضافي مس به طور عمده از بدن خارج ميشود و يکي از عنصرهاي ضروري براي تامين رشد است . به طوري که مقدار 1/. ميلي گرم از آن در آبهاي خوراکي براي بدن لازم است زيرا کاتيون مس در تشکيل هموگلوبين ، نقش کاتاليزگر را دارد . اما مقدار زيادي آن براي برخي از ماهيها مانند قزل آلا کشنده است . طعم و مزه آب را نامطبوع ميسازدو سبب پيدايش لکه هاي سياه روي لباسهاي سفيد ، موزاييک و ...ميشود.

مس در بدن:
مس يکي از عناصر لازم در تغذيه انسان و دام است و به مقادير کم در توليد هموگلوبين خون موثر است. به مقدار زياد در اغذيه ايجاد عوارض و مسموميت مي‌نمايد. استاندارد مس در بيشتر کشورها ، 20ppm در اکثر مواد غذايي است و در نوشابه‌ها و آب ميوه اين مقدار 2ppm مي‌باشد. وجود مس در شير به عنوان کاتاليزور در تسريع اکسيداسيون چربي و تغيير طعم شير موثر است و ميزان 2ppm مس در شير و يا کره ، مدت نگاهداري اين مواد را کاهش مي‌دهد. همچنين وجود مس در ميوه‌ها و سبزي‌هاي قوطي شده ، ميزان ويتامين C موجود را کاهش مي‌دهد.
بررسي واکنش مس دو بار مثبت با روي در حالت انتقال مستقيم الکترون :
هرگاه پوسته ي نازکي از فلز روي را در محلول آبي رنگ سولفات مس قرار دهيم ، ملاحضه خواهيم کرد که به تدريج از شدت رنگ آبي کاسته مي شود و محلول بي رنگ برجاي مي ماند . از سوي ديگر مي بينيم که از وزن پوسته ي روي کاسته شده و مقداري رسوب قرمز رنگ مس در ته ظرف ، همچنين پيرامون باقيمانده ي تيغه آشکار مي گردد . اين مشاهدات مي رساند که يون هاي مس ئيدراته {مس دوبار مثبت موجود در محلول آبي } که آبي رنگ هستند به اتم هاي فلز مس تبديل مي شوند . در عين حال ، اتم هاي فلز روي حل مي شوند و به يون هاي روي ئيدراته {روي دوبار مثبت موجود در محلول آبي } تبديل مي گردند . چنين پديده اي هنگامي امکان پذير است که دو الکترون مطابق معادله ي زير ، از سطح ظرفيتي اتم روي جدا شود و بر سطح ظرفيتي يون مس وارد گردد.

مس در سطح بیولوژیک بدن
مـس «Cu» :
مس بطور عمده در كبد، مغز، كليه ها، قلب و در بخشهاي رنگي چشم و موها و پشم وجود دارد. مس يكي از عناصر ضروري بافتهاي خون از نظر رشد سلولهاي خون يا ترمبوسيتها است بعلاوه نگهداري سلولهاي فوق با مقدار كافي مس در بدن هم بستگي دارد و در اثر كمبود مس ممكن است اختلالاتي در ادامه فعاليت ترمبوسيستها از نظر مكانيسم انعقاد خون رخ دهد. در آزمايشهايي كه بوسيله مس نشاندار در تغذيه گوسفند بعمل آمده مس بلافاصله در خون حيوان ظاهر مي شود و با فراكسيون آلبومين باند اتصالي تشكيل مي دهد. بعد از 24 ساعت قسمت بيشتر مس نشاندار در سرولوپلاسمين، (پروتئين مس دار خون) و متصل با جزء گلوبولين آن مشاهده مي شود.

آزمايش نشان داده است كه تقريباً نصف مس موجود در بدن گوسفند در عضلات متمركز گرديده است و نصف بقيه در تمام بافتهاي بدن وجود دارد. مس در درجه اول در كبد و آنگاه در مغز استخوان و به مقدار كمتر در بافتهاي ديگر گوسفند ذخيره مي شود.
مقدار مس ذخيره در بدن بره هنگام تولد مشابه آهن ذخيره، تقريباً زياد است و چون شير از نظر مس فقير است، مس ذخيره در بدن بره نوزاد، ميتواند احتياجات حيوان را از اين نظر برطرف سازد.
مس بعنوان كاتاليزور در سنتز هموگلوبين نقشي بعهده دارد و از نظر فيزيولوژي با متابوليسم آهن در بدن ارتباط مي يابد. در اثر كمبود در بدن انتقال آهن از بافتها به پلاسماي خون كاهش يافته و

هيپوفريمي يا كاهش غلظت آهن در خون بوجود مي آيد و نهايتاً كم خوني (Anemia) را داريم.
مس براي جذب آهن و آزاد شدن آهن از محل ذخيره لازم است. ترانسفرين آهن را بصورت Fe3+ در خون حمل مي كند و لازم است كه آهن هم در موقع جذب و هم در زمان آزاد شدن از محل ذخيره بصورت Fe3+ حمل شود، 3 آنزيم زنين اكسيداز و سرولوپلاسمين و فراكسيداز، در اين مرحله نقش حياتي دارند.

مس از اعضاي مهم اين سه آنزيم فوق ميباشد و حال اگر حيوان با كمبود مس مواجه شود جذب آهن و آزادسازي آهن ازمحل ذخيره كم ميشود و نهايتاً كم خوني را بدنبال خواهد داشت. بعلاوه مس موجود در مجراي روده جذب آهن را بداخل سلولهاي مخاطي تسريع مي كند و بهمين جهت در اثر كمبود مس جذب آهن نيز كاهش مي يابد.
مس در بسياري از سيستمهاي آنزيمي نيز شركت و يا دخالت دارد. مس در سيستم آنزيمي سنتزكراتين شركت دارد و كراتين خود از اجزاي متشكله مو و پشم ميباشد. بعبارت ديگر كمبود مس سبب نقصان سنتزكراتين و موجب اختلالاتي در ساختمان و اندازه رشد مو و پشم مي شود. كمبود مس باعث تغييرات كيفي در مو و پشم گوسفند نيز مي شود. بعلت شركت مس در سيستم آنزيمي سنتزالاستين، پشمهاي نخي و موي شكل كه سست و براق بوده و داراي پيچش طبيعي نيستند ظاهر ميشود علت اين است كه پروتئين پشم كراتين است كه

اسيد آمينه گوگرددار سيستئين در آن زياد بكار رفته است. براي ايجاد جعد، بين مولكولهاي سيستئين بايستي كه پيوند دي سولفيدي ايجاد شود كه آنزيم پلي فنيل اكسيداز Poly Phenyl Oxidase اين وظيفه را بعهده دارد. مس يكي از اجزاي اين آنزيم مي باشد كه در صورت كمبود مس پشم جعد طبيعي خود را از دست مي دهد. پشم شل ميشود و ظاهر براق پيدا ميكند.

آنزيم تيروزيناز كه اسيد آمينه تيروزين را در سلولهاي ملانوبلاست به رنگدانه سياه ملانين تبديل مي نمايد يك پروتئين مس دار و در صورتيكه احتياجات گوسفند از نظرمس به مقدار كافي تامين نشود در تشكيل آنزيم نامبرده و در ايجاد رنگدانه سياه ملانين اختلال حاصل مي گردد.
اختلال فوق سبب تحليل رنگدانه سياه پشم در بدن و رنگ سياه مو بويژه در اطراف چشمهاي گوسفند مي شود. در گاو موهاي قرمزرنگ زرد مي شوند و موهاي سياه ، قهوه اي مي گردند.
بدنبال كمبود مس ضايعات استخواني نيز مشاهده مي شود. كمبود مس از دو طريق ضايعات استخواني را ايجاد مي كند.