Bài 5. Các nguyên tố hóa học và nước

{tocify} $title = {MỤC LỤC BÀI HỌC}

TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Yêu cầu cần đạt

- Liệt kê được một số nguyên tố hoá học chính có trong tế bào (C, H, O, N, S, P). 

- Nếu được vai trò của các nguyên tố vi lượng, đa lượng trong tế bào.

- Nêu được vai trò quan trọng của nguyên tố carbon trong tế bào (cấu trúc nguyên tử C có thể liên kết với chính nó và nhiều nhóm chức khác nhau). 

- Trình bày được đặc điểm cấu tạo phân tử nước quy định tính chất vật lí, hoá học và sinh học của nước, từ đó quy định vai trò sinh học của nước trong tế bào.

Hiện nay, có những nguyên tố nào được tìm thấy trong cơ thể sinh vật? cấu trúc của nguyên tử carbon có đặc điểm gì giúp nó trở thành nguyên tố có vai trò quan trọng trong tế bào.

I. Các nguyên tố hóa học

1. Các nguyên tố hóa học có trong tế bào

- Nhóm nguyên tố đa lượng: O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg,...

- Nhóm nguyên tố vi lượng: Fe, I, Mo, Zn, Cu,...

2. Vai trò của nguyên tố carbon

Nhìn hình 5.2 ta thấy nguyên tử Carbon có 4 electron ở lớp ngoài cùng đồng nghĩ là nguyên tử Carbon có hóa trị 4, do đó nó có thể cho hoặc nhận thêm 4 electron để đủ 8 electron lớp ngoài cùng -> có thể hình thành liên kết với các nguyên tử khác như: C, H, O, N, P, S. Ngoài ra, Carbon có thể hình thành các mạnh carbon với cấu trúc khác nhau, là cơ sở hình thành vô số hợp chất hữu cơ.

3. Vai trò của các nguyên tố hóa học

Các nguyên tố vi lượng như: Fe, I, Mo, Zn, Cu,...Các nguyên tố vi lượng là những nguyên tố chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ hơn 0.01% khối lượng cơ thể sống nhưng không thể thiếu vì chúng là thành phần cấu tạo nên hầu hết các enzyme, hoạt hóa enzyme và nhiều hợp chất hữu cơ tham gia vào các hoạt động sống của cơ thể (hormone, vitamin, hemoglobin,...).

Các nhà dinh dưỡng học đưa ra lời khuyên rằng: “Nên thường xuyên thay đổi món ăn giữa các bữa ăn và trong một bữa nên ăn nhiều món" vì thay đổi món ăn giúp cơ thể con người được nạp đầy đủ các nguyên tố đa lượng và nguyên tố vi lượng để tham gia vào các hoạt động sống của cơ thể.

II. Nước và vai trò sinh học của nước

1. Cấu tạo và tính chất của nước

Phân tử nước được cấu tạo từ một nguyên tử oxygen liên kết với hai nguyên tử hydrogen bằng liên kết cộng hoá trị (là liên kết được hình thành do dùng chung cặp electron). Đầu oxygen mang điện tích âm và đầu hydrogen mang điện tích dương do oxygen có khả năng hút electron mạnh hơn nên cặp electron dùng chung có xu hướng lệch về phía oxygen. Điều này đã tạo nên tính phân cực của phân tử nước.

Tính phân cực giúp cho các phân tử nước có thể liên kết với nhau hoặc có thể liên kết với phân tử phân cực khác bằng liên kết hydrogen.

2. Vai trò sinh học của nước trong tế bào

Nước trở thành dung môi hoà tan nhiều chất cần thiết do có tính phân cực cho nên các phân tử nước có thể liên kết với nhau và liên kết với các phân tử phân cực khác

Nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng và ổn định nhiệt độ của tế bào và cơ thể vì nước có thể hấp thụ nhiệt từ không khí khi nhiệt độ quá cao hoặc thải nhiệt dự trữ khi nhiệt độ xuống thấp. Nước có thể tham gia điều hoà nhiệt độ môi trường và cơ thể sinh vật.

Ví dụ:

+ Khi nhiệt độ không khí tăng, các tế bào khí khổng tăng thải H2O để điều hòa nhiệt độ không khí xung quanh thực vật.

+ Khi trời chuyển lạnh, lỗ chân lông thu nhỏ lại, làm các tế bào da giảm thoát nước để giữ ấm cho cơ thể.

CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA

Câu hỏi trang 21 SGK Sinh học 10

Mở đầu 

Khi bị tiêu chảy kéo dài do ăn phải thức ăn bị nhiễm khuẩn, cơ thể sẽ cảm thấy mệt mỏi. Khi đó, chúng ta cần phải cung cấp thật nhiều nước và chất điện giải. Việc cung cấp nước và chất điện giải có vai trò gì?

Lời giải: 

Khi bị tiêu chảy kéo dài do ăn phải thức ăn bị nhiễm khuẩn, cơ thể sẽ cảm thấy mệt mỏi do nước và các nguyên tố khoáng trong cơ thể bị thiếu hụt. Vì vậy cần nạp cho cơ thể thật nhiều nước và chất điện giải dịch khoáng như Natri, Kali, Canxi, Magie, Clo, Phosphate, bicarbonate…để hòa tan trong các dịch cơ thể, bù lại lượng nước. Các chất điện giải giúp cho quá trình trao đổi chất, thúc đẩy hoạt động cơ và các quá trình khác diễn ra trong cơ thể dễ dàng, hiệu quả hơn.

I. Các nguyên tố hóa học

1. Các nguyên tố hóa học có trong tế bào

Câu 1: Hiện nay, có những nguyên tố nào được tìm thấy trong cơ thể sinh vật?

Hướng dẫn giải:

Hiện nay, có khoảng 25 nguyên tố được tìm thấy tỏng cơ thể sinh vật và có vai trò quan trọng đối với sự sống như C, H,O,N,....

Lời giải: 

Hiện nay, có khoảng 25 nguyên tố được tìm thấy trong cơ thể sinh vật và có vai trò quan trọng đối với sự sống:

- Nhóm nguyên tố đa lượng: O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg,...

- Nhóm nguyên tố vi lượng: Fe, I, Mo, Zn, Cu,...

2. Vai trò của nguyên tố carbon

Câu hỏi trang 22 SGK Sinh học 10

Câu 2: Quan sát Hình 5.2 và cho biết cấu trúc của nguyên tử carbon có đặc điểm gì giúp nó trở thành nguyên tố có vai trò quan trọng trong tế bào.

Lời giải: 

Nhìn hình 5.2 ta thấy nguyên tử Carbon có 4 electron ở lớp ngoài cùng đồng nghĩ là nguyên tử Carbon có hóa trị 4, do đó nó có thể cho hoặc nhận thêm 4 electron để đủ 8 electron lớp ngoài cùng -> có thể hình thành liên kết với các nguyên tử khác như: C, H, O, N, P, S. Ngoài ra, Carbon có thể hình thành các mạnh carbon với cấu trúc khác nhau, là cơ sở hình thành vô số hợp chất hữu cơ.

3. Vai trò của các nguyên tố hóa học

Câu 3: Thiếu Mg sẽ ảnh hưởng như thế nào đến thực vật?

Câu 4: Tại sao các nguyên tố vi lượng chiếm một ti lệ rất nhỏ nhưng không thể thiếu?

Lời giải: 

Câu 3:

Mg thuộc nhóm nguyên tố đa lượng. Mg là nguyên tố cấu tạo nên chất diệp lục, khi thiếu Mg thực vật sẽ thiếu hụt diệp lục để hấp thụ ánh sáng nhằm thực hiện quá trofnh quang hợp, nên thực vật không tạo ra các chất hữu cơ phục vụ cho quá trình sống của chúng.

Câu 4: Các nguyên tố vi lượng như: : Fe, I, Mo, Zn, Cu,...Các nguyên tố vi lượng là những nguyên tố chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ hơn 0.01% khối lượng cơ thể sống nhưng không thể thiếu vì chúng là thành phần cấu tạo nên hầu hết các enzyme, hoạt hóa enzyme và nhiều hợp chất hữu cơ tham gia vào các hoạt động sống của cơ thể (hormone, vitamin, hemoglobin,...).

Luyện tập

Tại sao các nhà dinh dưỡng học đưa ra lời khuyên rằng: “Nên thường xuyên thay đổi món ăn giữa các bữa ăn và trong một bữa nên ăn nhiều món"?

Lời giải: 

Các nhà dinh dưỡng học đưa ra lời khuyên rằng: “Nên thường xuyên thay đổi món ăn giữa các bữa ăn và trong một bữa nên ăn nhiều món" vì thay đổi món ăn giúp cơ thể con người được nạp đầy đủ các nguyên tố đa lượng và nguyên tố vi lượng để tham gia vào các hoạt động sống của cơ thể.

II. Nước và vai trò sinh học của nước

1. Cấu tạo và tính chất của nước

Câu hỏi trang 23 SGK Sinh học 10

Câu 5: Quan sát Hình 5.3a và cho biết các nguyên tử cấu tạo nên phân tử nước mang điện tích gì. Tại sao? Tính phân cực của phân tử nước là do đầu?

Câu 6:  Liên kết hydrogen được hình thành như thế nào?

Lời giải: 

Câu 5:

Phân tử nước được cấu tạo từ một nguyên tử oxygen liên kết với hai nguyên tử hydrogen bằng liên kết cộng hoá trị (là liên kết được hình thành do dùng chung cặp electron). Đầu oxygen mang điện tích âm và đầu hydrogen mang điện tích dương do oxygen có khả năng hút electron mạnh hơn nên cặp electron dùng chung có xu hướng lệch về phía oxygen. Điều này đã tạo nên tính phân cực của phân tử nước.

Câu 6:

Tính phân cực giúp cho các phân tử nước có thể liên kết với nhau hoặc có thể liên kết với phân tử phân cực khác bằng liên kết hydrogen.

2. Vai trò sinh học của nước trong tế bào

Câu 7: Tại sao nước có thể làm dung môi hoà tan nhiều chất cần thiết?

Câu 8: Tại sao nước có vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng và ổn định nhiệt độ của tế bào và cơ thể? Cho ví dụ. 

Lời giải: 

Câu 7: Nước trở thành dung môi hoà tan nhiều chất cần thiết do có tính phân cực cho nên các phân tử nước có thể liên kết với nhau và liên kết với các phân tử phân cực khác

Câu 8:

Nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng và ổn định nhiệt độ của tế bào và cơ thể vì nước có thể hấp thụ nhiệt từ không khí khi nhiệt độ quá cao hoặc thải nhiệt dự trữ khi nhiệt độ xuống thấp. Nước có thể tham gia điều hoà nhiệt độ môi trường và cơ thể sinh vật.

Ví dụ:

+ Khi nhiệt độ không khí tăng, các tế bào khí khổng tăng thải H2O để điều hòa nhiệt độ không khí xung quanh thực vật.

+ Khi trời chuyển lạnh, lỗ chân lông thu nhỏ lại, làm các tế bào da giảm thoát nước để giữ ấm cho cơ thể.

Vận dụng

Tại sao khi bón phân cho cây trồng cần phải kết hợp với việc tưới nước?

Lời giải: 

Nước có vai trò là thành phần cấu tạo nên tế bào, là dung môi hoà tan nhiều chất cần thiết và là môi trường của các phản ứng sinh hoá, điều hoà nhiệt độ cơ thể sinh vật. Trường hợp bón phân cho cây trồng cần phải kết hợp với việc tưới nước để có tác dụng hòa tan phân bón, giúp rễ dễ hấp thu hơn, đồng thời cung cấp một lượng nước cho thực vật.

BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1: Tại sao phần lớn các loại thuốc chữa bệnh thường được sản xuất dưới dạng muối?

Câu 2: Khi cơ thể con người bị thiếu sắt, iod và calcium thì có tác hại như thế nào đến sức khoẻ?

Câu 3: Khi để rau, củ trong ngăn đá tủ lạnh sau đó lấy ra ngoài thì sẽ bị hỏng rất nhanh. Hãy vận dụng các kĩ năng trong tiến trình nghiên cứu để giải thích và kết luận về vấn đề trên.

Lời giải: 

Câu 1: Ở dạng muối sẽ dễ tan hơn khi hòa với nước khiến cho cơ thể hấp thụ nhanh hơn. Các loại thuốc được sản xuất dưới dạng muối giúp con người tiếp nhận được nhiều loại nguyên tố hóa học cần thiết hơn.

Câu 2: Tác hại khi cơ thể con người bị thiếu sắt, iod và calcium:

- Khi thiếu sắt cơ thể sẽ bị thiếu máu, trao đổi chất suy giảm, kém trí nhớ, hệ miễn dịch suy yếu, tạo ra các bệnh liên quan đến huyết áp,.. Phụ nữ mang thai có nguy cơ bị sảy thai.

- Khi thiếu iod gây bệnh bướu cổ, trí tuệ kém phát triển, giao tiếp kém, trao đổi chất kém, hay mệt mỏi,...

- Khi thiếu calcium sẽ gây ra các bệnh như còi xương, loãng xương,...; giảm chức năng của hệ miễn dịch,...ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thần kinh, rối loạn giấc ngủ, co giật cơ; 

Câu 3:

- Tiến trình nghiên cứu:

Bước 1: Quan sát: do nhiệt độ thấp các phân tử nước liên kết chặt chẽ hơn để tạo thành tinh thể đá nên khi để rau, củ trong ngăn đá tủ lạnh, rau, củ trở nên cứng hơn 

Bước 2: Xây dựng giả thuyết: liên kết hidro bị phá vỡ đột ngột làm tế bào rau củ vỡ

Bước 3: Thiết kế và tiến hành thí nghiệm: Quan sát dưới kính hiển vi hai mẫu tiêu bản tế bào rau, củ đông đá và rau, củ đã đưa ra bên ngoài từ ngăn đá tủ lạnh.

Bước 4: Kết quả nghiên cứu: Tiêu bản tế bào rau, củ đông đá có các tế bào nguyên vẹn. Tiêu bản tế bào rau, củ sau khi đem ra ngoài: các tế bào bị phá vỡ cấu trúc.

=> Rút ra kết luận: Khi để rau, củ trong ngăn đá tủ lạnh sau đó lấy ra ngoài thì sẽ phá vỡ liên kết hydro làm tăng thể tích nước trong các tế bào, dẫn đến chèn ép lên các bào quan, phá vỡ cấu trúc tế bào và làm rau, củ nhanh bị hỏng.

SÁCH BÀI TẬP

Câu 1:  Nguyên tố vi lượng trong cơ thể sống không có đặc điểm nào sau đây?

A. Chiếm tỉ lệ nhỏ hơn 0,01% khối lượng chất sóng của cơ thể.

B. Chỉ cần cho thực vật ở giai đoạn sinh trưởng.

C. Tham gia vào cấu trúc bắt buộc của hệ enzim trong tế bào.

D. Là những nguyên tố có trong tự nhiên.

Đán án: B

Câu 2: Cơ thể chỉ cần các nguyên tố vi lượng với một lượng rất nhỏ là vì: 

A. phần lớn nguyên tố vi lượng đã có trong các hợp chất tế bào

B. chức năng chính của nguyên tố vi lượng là hoạt hóa các enzim

C. nguyên tố vi lượng đóng vai trò thứ yếu đối với cơ thể

D. nguyên tố vi lượng chỉ cần cho một vài giai đoạn sinh trưởng nhất định của cơ thể

Đán án: B

Câu 3: Nhận định nào sau đây không đúng về các nguyên tố chủ yếu của sự sống (C, H, O, N)?

A. Là các nguyên tố phổ biến trong tự nhiên.

B. Có tính chất lý, hóa phù hợp với các tổ chức sống.

C. Có khả năng liên kết với nhau và với các nguyên tố khác tạo nên đa dạng các loại phân tử và đại phân tử.

D. Hợp chất của các nguyên tố này luôn hòa tan trong nước.

Đán án: D

Câu 4: Tính phân cực của nước là do

A. đôi êlectron trong mối liên kết O – H bị kéo lệch về phía ôxi.

B. đôi êlectron trong mối liên kết O – H bị kéo lệch về phía hidro.

C. xu hướng các phân tử nước.

D. khối lượng phân tử của ôxi lớn hơn khối lượng phân tử của hidro.

Đán án: A

Câu 5: Nước đá có đặc điểm nào sau đây? 

A. Các liên kết hidro luôn bị bẻ gãy và tái tạo liên tục

B. Các liên kết hidro bị bẻ gãy nhưng không được tái tạo

C. Các liên kết hidro luôn bền vững và tạo nên cấu trúc mạng tinh thể

D. Không tồn tại các liên kết hidro 

Đán án: C

Câu 6: Trong các yếu tố cấu tạo nên tế bào sau đây, nước phân bố chủ yếu ở đâu?

A. Chất nguyên sinh   

B. Nhân tế bào

C. Trong các bào quan   

D. Tế bào chất

Đáp án: A

Câu 7: Câu nào sau đây không đúng với vai trò của nước trong tế bào?

A. Nước tham gia vào quá trình chuyển hóa vật chất.

B. Nước là thành phần cấu trúc của tế bào.

C. Nước cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động.

D. Nước trong tế bào luôn được đổi mới.

Đáp án: C

Câu 8: Cho các ý sau:

(1) Uống từ 1,5 – 2 lít nước mỗi ngày.

(2) Truyền nước khi cơ thể bị tiêu chảy.

(3) Ăn nhiều hoa quả mọng nước.

(4) Tìm cách giảm nhiệt độ khi cơ thể bị sốt.

Trong các ý trên có mấy ý là những việc làm quan trọng giúp chúng ta có thể đảm bảo đủ nước cho cơ thể trong những trạng thái khác nhau?

A. 1.   

B. 2.   

C. 3.   

D. 4.

Đáp án: D

Câu 9: Các nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng đối với cơ thể vì:

A. Chiếm khối lượng nhỏ

B. Giúp tăng cường hệ miễn dịch cho cơ thể

C. Cơ thể sinh vật không thể tự tổng hợp các chất ấy

D. Là thành phần cấu trúc bắt buộc của hệ enzim

Đáp án: D

Câu 10: Trong khoảng 25 nguyên tố cấu tạo nên sự sống, các nguyên tố chiếm phần lớn trong cơ thể sống (khoảng 96%) là: 

A. Fe, C, H

B. C, N. P. Cl

C. C, N, H, O

D. K. S, Mg, Cu

Đán án: C