เป็นการนำเสนอเกี่ยวกับ สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ว่ามีบทบาทและความสำคัญอย่างไรกับตัวเรา และสิ่งรอบข้างบ้าง

1. รายงาน เรื่อง สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม จัดทำโดย 1. น . ส . ธัญชนก พิมพ์บึง เลขที่ 20 2. น . ส . เพ็ญจิรา งามสง่า เลขที่ 24 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5/1 ครูที่ปรึกษา ครู ไพรินทร์ เจริญศิริ รายงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา เคมี กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

2. ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง นำหลักการของสมดุลเคมีมาใช้อธิบาย กระบวนการและ ปฏิกิริยาต่างๆ ที่เกิดขึ้น ในร่างกายของสิ่งมีชีวิต และอธิบาย ปรากฏการณ์ในธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมได้

3. สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม นั้นเกิดขึ้นได้ในหลากหลาก รูปแบบไม่ว่าจะเป็น 1. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ภายในร่างกาย ที่มีลักษณะสมดุลไดนามิก เช่น กระบวนการหายใจ และ แลกเปลี่ยนแก๊สในระบบ หมุนเวียนเลือด 2. การนำความรู้เกี่ยวกับสมดุลเคมีอธิบายสมดุลของแคลเซียมในร่างกาย 3. การเกิดปรากฎการณ์ วัฏจักรคาร์บอน 4. เกิดปรากฏการณ์ที่พบเห็นในธรรมชาติ เช่น การเกิดหินงอกและหินย้อย

4. การดำรงชีวิตของมนุษย์จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการและปฏิกิริยาต่างๆภายในร่างกาย ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะชองสมดุลไดนามิก เช่น กระบวนการหายใจและแลกเปลี่ยนแก๊สในระบบหมุนเวียนเลือด ในภาวะปกติขณะที่ร่างกายพักผ่อน ผู้ชายจะใช้ O2 ประมาณ 250 มิลลิลิตรต่อนาที และมีความต้องการเพิ่มขึ้นเมื่อทำกิจกรรมหรือออกแรงมากขึ้น O2 จะถูกลำเลียงไปยังส่วนต่างๆของร่างกายโดยรวมไปกับโมเลกุลของฮีโมโกลบิน ( Hb) ซึ่งเป็นโปรตีนในเม็ดเลือดแดง โมเลกุลของฮีโมโกลบินที่รวมอยู่กับ O2 เรียกว่า ออกซีฮีโมโกลบิน เขียนสมการอย่างง่ายๆแสดงได้ดังนี้

5. ขณะที่หายใจเข้า O2 จะผ่านหลอดลมฝอยและเข้าสู่ถุงลมปอด ความดันของ O2 ในถุงลมปอดจะสูงกว่าความดันในเส้นเลือดฝอยและรวมตัวกับฮีโมโกลบินที่เม็ดเลือดแดงกลายเป็นออกซิโมโกลบิน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปข้างหน้า เมื่อเลือดไหลเวียนไปยังเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกายซึ่งจำเป็นต้องใช้ O2 เพื่อทำกิจกรรมต่างที่เป็นผลจากเมทาบอลิซึม O2 ในเลือดจึงถูกปล่อยออกมา ปฏิกิริยาจะเกิดในทิศทางย้อนกลับเพื่อเพิ่มปริมาณ O2 เนื่องจาก กระบวนการทั้งสองนี้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องรวมทั้งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน จึงทำให้มีภาวะสมดุลเกิดขึ้น

6. ในกระบวนการหายใจ นอกจากจะมีการปรับสมดุลของ O2 แล้ว ให้พิจารณาสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการเมทาบอลิซึมของกลูโคส ซึ่งใช้ออกซิเจนดังต่อไปนี้ จากสมการทำให้ทราบว่าในการเผาผลาญกลูโคส 1 โมเลกุล จะต้องใช้ O2 จำนวนมากและทำให้เกิด CO2 มากด้วยเช่นกัน เมื่อ CO2 ที่เนื้อเยื่อมีปริมาณสูงขึ้น CO2 จะแพร่เข้าสู่เลือดในหลอดเลือดฝอยเพื่อส่งผ่านไปยังปอด ซึ่ง CO2 จะทำปฏิกิริยากับน้ำเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก ( H2 CO3) และแตะตัวอยู่ในรูปของไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน ( HCO3) กับไฮโดรเจนไอออน ( H+) ดังสมการ

7. ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนถูกส่งถึงหลอดเลือดฝอยรอบถุงลมปอด ซึ่งภายในถุงลมปอดมีความดันของ CO2 น้อย ปฏิกิริยาจะเกิดย้อนกลับเพื่อเพิ่มความดัน โดย CO2 ในหลอดเลือดฝอยจะแพร่เจ้าสู่ถุงลมปอดและถูกขับออกจากปอดในขณะที่เราหายใจออก ระบบการขนส่ง O2 และ CO2 ของร่างกายจากการศึกษาพบว่าในเลือดของคนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมากๆจะมีความเข้มข้นของฮีโมโกลบินเม็ดเลือดแดงสูง แสดงว่าภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของระบบต่างๆภายในร่างกาย ดังนั้นผู้ที่ต้องเดินทางไปในพื้นที่ที่สูกว่า ระดับน้ำทะเลมากๆ อาจเกิดอาการที่ เรียกว่าไฮพอกเซีย ( hypoxia) ซึ่งเกิด จากที่มีออกซิเจนไปเลี้ยงเนื้อเยื่อของ ร่างกายไม่เพียงพอ ในรายที่เป็นรุนแรง อาจถึงตายได้ เราทราบมานานแล้วว่า หน้าที่หลักของฮีโมโกลบินคือการขนส่ง ออกซิเจนไปเลี้ยงส่วนต่างๆของร่างกาย

8. เนื่องจากความดันของออกซิเจนที่ระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลมากๆ มีค่าต่ำกว่าความดันของออกซิเจนในบรรยากาศมีค่าประมาณ 0.14 บรรยากาศ ส่วนความดันย่อยของออกซิเจนในบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลมีค่าประมาณ 0.2 บรรยากาศ ดังนั้นการอยู่ในที่ระดับความสูงมากๆ จึงมีปริมาณของ O2 ในอากาศลดลง ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นในที่นี้คือออกซิเจนลดลง ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดมากขึ้น ทำให้ปริมาณของออกซีฮีโมโกลบินลดลง เป็นผลให้การขนส่ง O2 ไปเลี้ยงเนื้อเยื่อส่วนต่างๆได้น้อยลง จึงทำให้เกิดอาการไฮพอกเซีย อย่างไรก็ตามถ้าอยู่ในบริเวณนั้นนานๆ ร่างกายสามารถปรับตัวโดยสร้าง Hb ในเลือดให้เพิ่มมากขึ้นจนมีผลให้ฮีโมโกลบินสามารถจับกับ O2 เกิดเป็นออกซีฮีโมโกลบินได้อย่างเพียงพอ ด้วยเหตุนี้คนที่อยู่ในบริเวณที่มีความสูงมากๆ จึงมีระดับความเข้มข้นของฮีโมโกลบินในเลือดสูงกว่าของคนที่อยู่ที่ระดับน้ำทะเลปกติ เนื่องจากกระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน ในที่สุดระบบก็จะปรับตัวเข้าสู่ภาวะสมดุล

9. การนำความรู้เกี่ยวกับสมดุลเคมีอธิบายสมดุลของแคลเซียมในร่างกาย แคลเซียมจัดเป็นธาตุที่มีปริมาณมากที่สุดในร่างกายของมนุษย์ โดยคิดเป็นร้อยละ 1.5 – 2 ของน้ำหนักร่างกายผู้ใหญ่ ปริมาณแคลเซียมในร่างกายร้อยละ 98-99 เป็นองค์ประกอบของฟันและกระดูก ส่วนที่เหลือจะอยู่ในเนื้อเยื่อและกระแสเลือด หน้าที่หลักของแคลเซียมในร่างกายคือการเสริมสร้างและซ่อมแซมกระดูกและฟัน นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในการทำงานของเอนไซม์ กระบวนการเมทาบอลิซึมของวิตามินดี การหดตัวของกล้ามเนื้อ การเต้นของหัวใจ การแข็งตัวของเลือด การเจริญเติบโตของกระดูกจะถึงจุดสูงสุดเมื่ออายุประมาณ 35 ปี และหลังจากอายุ 40 ปี จะเกิดการสูญเสียแคลเซียมในกระดูกไปร้อยละ 1 – 2 ต่อปี เมื่ออายุประมาณ 65 ปี จะสูญเสียแคลเซียมได้ถึงร้อยละ 30 – 50 ต่อปี การสูญเสียแคลเซียมของผู้หญิงจะเกิดเร็วในช่วงภาวะหมดประจำเดือน เพื่อให้การทำงายของระบบต่างๆในร่างกายอยู่ในสภาพปกติ จึงต้องมีการรักษาระดับแคลเซียมในเลือดให้คงที่และอยู่ในภาวะสมดุลกับปริมาณแคลเซียมในกระดูก ภายใต้การควบคุมของวิตามินดีและพาราทอร์โมน การลดปริมาณแคลเซียมในเลือดเพียงเล็กน้อยจะไปกระตุ้นให้มีการปลดปล่อยแคลเซียมจากกระดูก เพิ่มการดูดซึมแคลเซียมจากลำไส้พร้อมกับลดการสูญเสียทางปัสสาวะ หรือขณะที่ร่างกายอยู่ภาวะที่มีการซ่อมแซมกระดูกที่แตกหักก็จะเกิดการดูดซึมแคลเซียมเข้าไปในกระแสเลือดเพิ่มมากขึ้น กระบวนการที่เกิดขึ้นตามที่กล่าวมาแล้วมีลักษณะของสมดุลไดนามิกทั้งสิ้น

10. การทำงานของต่อมไทรอยด์ และพาราไทรอยด์จะทำงานร่วมกัน เพื่อควบคุม สมดุลของปริมาณแคลเซียมในเลือด โดย ถ้าแคลเซียมในเลือดสูง จะกระตุ้นให้ต่อมไทรอยด์หลั่งฮอร์โมน แคลซิโทนิน เพื่อลดระดับแคลเซียม ถ้าแคลเซียมในเลือดต่ำ จะกระตุ้นให้ต่อมพาราไทรอยด์หลั่งพาราทอร์โมน เพื่อเพิ่มระดับแคลเซียม การรักษาสมดุลของแคลเซียมในเลือด

11. เป็นฮอร์โมนที่สร้างจากต่อมพาราไทรอยด์ มีหน้าที่ควบคุมภาวะ สมดุลของแคลเซียมและ ฟอสฟอรัสในร่างกาย ซึ่งได้แก่ - การเคลื่อนย้ายแคลเซียมและฟอสฟอรัสออกจากกระดูกและ การดูดซึมกลับ - การเพิ่มการดูดซึมกลับของ แคลเซียมที่ไต - การเพิ่มการดูดซึมของแคลเซียม ที่ลำไส้ - การลดการดูดซึมฟอสฟอรัสที่ไต พาราทอร์โมน หรือ พาราไทรอยด์ ฮอร์โมน

12. ต่อมพาราไทรอยด์ มารู้จักกับ ต่อมพาราไทรอยด์ ต่อมพาราไทรอยด์ หรือ Parathyroid Glands เป็นต่อมไร้ท่อประเภทที่จำเป็นต่อชีวิต ( Essentail endocrine gland) ขนาดเล็กเท่าเมล็ดถั่วเขียว ฝังอยู่ด้านหลังของต่อมไทรอยด์ด้านละ 2 ต่อม รวมเป็น 4 ต่อม ทำหน้าที่ผลิต และหลั่งฮอร์โมน " พาราทอร์โมน " (Parathormone) ซึ่งเป็นสารพอลิเพปไทด์ ประกอบด้วยกรดอะมิโน 84 โมเลกุล ทำหน้าที่ร่วมกับแคลซิโทนิน และวิตามินดี

13. การเกิดปรากฎการณ์ วัฏจักรคาร์บอน สมดุลเคมีนอกจากจะเกิดขึ้นในระบบต่างๆของร่างกายตามที่กล่าวมาแล้ว ยังเกิดกับปรากฎการณ์ต่างๆในธรรมชาติอีกด้วย เช่น วัฎจักรของคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเคมีต่างๆ ทั้งในสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ทำให้เกิดสารประกอบของคาร์บอนจำนวนมาก สารประกอบของคาร์บอนอาจจะสะสมในรูปของมวลชีวภาพ สารอินทรีย์ที่ตกตะกอนทับถมกัน หรือในรูปของคาร์บอเนตในหินปูนในเปลือกหอยและปะการังสารประกอบของคาร์บอนจะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศและแหล่งน้ำได้โดยกระบวนการหายใจ การเผาไหม้และการเน่าเปื่อย เมื่อ CO2 ถูกปล่อยออกมาในบรรยากาศ บางส่วน จะคงอยู่ในบรรยากาศ บางส่วนจะ ละลายลงในแหล่งน้ำ มหาสมุทร หรือละลายในน้ำฝนแล้วซึมลงดิน

14. ปริมาณของแก๊ส CO2 ในบรรยากาศกับในแหล่งน้ำบนพื้นโลกจะ อยู่ในภาวะสมดุลกันการเพิ่มปริมาณ CO2 ให้กับบรรยากาศจะมีผลให้เกิดการละลายของ CO2 ลงในแหล่งน้ำมากขึ้น เพื่อลดผลของการรบกวนสมดุลตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ซึ่งในที่สุดก็จะปรับเข้าสู่สมดุลใหม่ การละลายน้ำของแก๊ส CO2 เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้น้ำในธรรมชาติมีสภาพเป็นกรด ปัจจุบันแก๊ส CO2 ในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้น เพราะว่ามีการเผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมากในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม การขับเคลื่อนยามพาหนะที่ใช้สัญจร และในการดำรงชีวิตประจำวัน รวมทั้งการทำลายป่า มีผลทำให้ฝนที่ตกลงมาและน้ำในแหล่งต่างๆมีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาจากการละลายของ CO2 ที่ทำให้มีสภาพความเป็นกรดเป็นดังนี้

15. เกิดปรากฏการณ์ที่พบเห็นในธรรมชาติ การเกิดหินงอกและหินย้อย สภาพความเป็นกรดของน้ำในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ตัวอย่างที่พบเห็นในธรรมชาติ เช่น การเกิดหินงอกและหินย้อน ซึ่งเกิดจากน้ำที่มีสภาพความเป็นกรดไหลซึมผ่านพื้นดินและทำปฏิกิริยากับหินปูน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตจะละลายในน้ำที่ซึมผ่านจนอิ่มตัวและอาจมีความเข้มข้นถึง 200 ppm เมื่อน้ำไหลซึมผ่านเข้าไปในถ้ำซึ่งมี CO2 ในบรรยากาศเข้มข้นประมาณร้อยละ 0.04 สารละลายดังกล่าวจะอยู่ในภาวะสมดุลกับบรรยากาศภายในถ้ำ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

16. ปฏิกิริยาไปข้างหน้าถึงการละลายน้ำของ CO2 จากอากาศหรือจากการเน่าเปื่อยของซากพืชและสัตว์ในดิน ทำให้น้ำมีสภาพเป็นกรด ถ้าสารละลายมีความเป็นกรดสูงจะละลาย Ca CO2 จากแหล่งหินปูนได้ดี หินปูนจึงเกิดการผุกร่อนเป็นโพรงหรือถ้ำได้ เมื่อสารละลายไหลไปตามผนังหรือหยดลงบนพื้นถ้ำและน้ำหรือ CO2 สามารถแยกตัวออกจากสารละลายได้ ปฏิกิริยาจะเกิดย้อนกลับ เป็นผลให้มี Ca CO2 ตกผลึกแยกออกมาเกิดเป็นหินย้อยตามเพดานหรือหินงอกบนพื้นภายในถ้ำ ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดได้ช้ามาก ต้องใช้เวลานานหลายร้อยหลายพันปีกว่าจะได้หินย้อยและหินงอกที่มีสภาพใหญ่โตและสวยงามดังที่เห็น ดังรูป

17. หินงอก - หินย้อย หินงอกคือหินที่งอกจากพื้นหินย้อย คือหินที่ย้อยลงมาจากด้านบนเกิดมากโดยเฉพาะภูเขาหินปูน (CO2 ) ซึ่งละลายในน้ำฝน กลายเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ไหลไปตามก้อนหิน และทำปฏิกิริยากับแคลเซียมตาร์บอเนตที่มีอยู่ในหินปูนเกิดเป็นสารละลายแคลเซียมไฮโดรเจน - คาร์บอเนต ซี่งไหลไปตามพื้นผนังถ้ำเมื่อน้ำระเหยหมดก็เหลือตะกอนสะสมเป็นหินงอกหินย้อย

19. คณะผู้จัดทำ น . ส . ธัญชนก พิมพ์บึง ( พลอย ) เกิดวันจันทร์ ที่ 7 กุมภาพันธ์ 2537 บ้านเลขที่ 119 หมู่ 4 บ้านหินฮาว ต . โนนฆ้อง อ . บ้านฝาง จ . ขอนแก่น 40270 โทร . 0874245514 [email_address]

20. น . ส . เพ็ญจิรา งามสง่า เกิดวันที่ 26 มิถุนายน 2536 บ้านเลขที่ 96/1 หมู่ 7 บ้านหนองแวง ต . บ้านเหล่า อ . บ้านฝาง จ . ขอนแก่น โทร . 0870916411 Email. Penjira30@gmail.com