В организме человека железо содержится главным образом в составе гемоглобина белка крови. В этом белке железо входит в состав фрагмента, который называется гемом и имеет формулу C34H32O4N4Fe.
Молярная масса гемоглобина составляет около 64500 г/моль; в его составе 4 гема. Примите, что 1 л крови содержит 135 г гемоглобина, а взрослый человеческий организм содержит 4.8 л крови.
Определите массу железа в организме человека, считая, что оно находится только в форме гемоглобина. Ответ выразите в граммах, округлите до десятых.
Число 1 гем способен связать одну молекулу кислорода. Какой максимальный объём кислорода (н.у.) может быть связан гемоглобином, содержащимся в крови взрослого человека? Ответ выразите в миллилитрах, округлите до целых.
Ответ
Начнем с определения массы железа в геме. Формула гема: C34H32O4N4Fe. Молярная масса гема можно рассчитать как сумму молярных масс его составных частей:
Молярная масса гема = 34 × 12,01 + 32 × 1,01 + 4 × 16,00 + 4 × 14,01 + 55,85 = 616,49 г/моль
В геме содержится 1 атом железа, поэтому масса железа в геме равна:
Масса железа в геме = 55,85 г/моль
Поскольку в гемоглобине содержится 4 гема, масса железа в гемоглобине равна:
Масса железа в гемоглобине = 4 × 55,85 г/моль = 223,4 г/моль
Теперь давайте рассчитаем массу железа в организме человека. В организме содержится 4,8 л крови, а в 1 л крови содержится 135 г гемоглобина, поэтому общая масса гемоглобина в организме равна:
Масса гемоглобина в организме = 4,8 л × 135 г/л = 648 г
Молярная масса гемоглобина составляет 64500 г/моль, поэтому количество молей гемоглобина в организме равно:
Количество молей гемоглобина = 648 г / 64500 г/моль ≈ 0,01 моль
Масса железа в организме равна:
Масса железа в организме = 0,01 моль × 223,4 г/моль ≈ 2,23 г
Ответ: 2,2 г.
Теперь давайте рассчитаем максимальный объём кислорода, который может быть связан гемоглобином. В 1 л крови содержится 135 г гемоглобина, а в организме содержится 4,8 л крови, поэтому общая масса гемоглобина в организме равна:
Масса гемоглобина в организме = 4,8 л × 135 г/л = 648 г
Молярная масса гемоглобина составляет 64500 г/моль, поэтому количество молей гемоглобина в организме равно:
Количество молей гемоглобина = 648 г / 64500 г/моль ≈ 0,01 моль
В гемоглобине содержится 4 гема, поэтому количество гема в организме равно:
Количество гема = 0,01 моль × 4 = 0,04 моль
Каждый гем может связать одну молекулу кислорода, поэтому максимальное количество молей кислорода, которое может быть связано гемоглобином, равно:
Количество молей кислорода = 0,04 моль
Молярный объём кислорода при нормальных условиях составляет 22,4 л/моль, поэтому максимальный объём кислорода, который может быть связан гемоглобином, равен:
Максимальный объём кислорода = 0,04 моль × 22,4 л/моль ≈ 896 мл
Ответ: 896 мл.