Лекція Хімія гідросфери Укладачі: к ф. м н., Кузишин Ольга Василівна к ф. м н., Базюк Лілія Володимирівна
жүктеу/скачать 0.58 Mb.
|
| 18. Мікроелементи
До цієї групи належать метали та деякі неметали (бром, йод, бор), вміст яких у поверхневих водах суші виявляється в межах кількох десятків i менше мкг/ дм3 (табл.6). Деякі з них – Манган, Цинк, Купрум, Молібден i Кобальт – біометали, які є каталізаторами i складовими частинами бiохiмiчних процесів в організмі людини, тварин та рослин i без яких живі істоти не можуть розвиватися. Так, наприклад, Мn(ІІ)-йони, які завжди наявні у природних водах, беруть участь у біоциклах. Нестача мангану в організмі людини призводить до деформації кісток та хрящів i порушує функцію зсідання крові. Добова потреба Мангану для людини становить 2-9 мг. Цинк (ІІ)-йони теж відіграють важливу роль в організмі людини. Вони входять до складу ензимів, активність яких залежить від вмісту Цинку. Всі життєві процеси на рівні клітин певною мірою залежать від наявності цинк-йонiв. Нестача Цинку в організмі людини спричиняє випадання волосся, втрату апетиту, появу ревматизму i в цілому послаблення імунітету. Добова потреба Цинку для людини становить 15 мг. Таблиця 7 Характерні інтервали концентрації мікроелементів у поверхневих водах суші
Інші мікроелементи, такі як Кадмій, Плюмбум, Меркурій, Хром тощо, є антропогенними забруднювачами i виявляють сильні токсичні властивості. Наприклад, Рb(ІІ)-йони, які надходять у води в результаті геологічних процесів, а також з вихлопними газами автомобілів, із плюмбумвмiсних трубопроводів та апаратури, особливо при тривалому контакті з водами, є особливо токсичними для кровотворних ензимів i порушують діяльність нервової системи. Аналогічно до Hg(ІІ)-йонів, Рb(ІІ)-йони порушують роботу шлунку та нирок, нагромаджуються в кістках, центральній нервовій системі та волоссі. При вмісті Рb(ІІ)-йонів у крові 0,4 мг/дм3 виявляються симптоми отруєння. Особливо небезпечними для життя є також мiкроконцентрацii радiонуклiдiв стронцію, цезію, плутонію та інших радіоактивних елементів. Треба зазначити, що бiометали при перевищенні ГДК також є токсичними для водних організмів та інших живих істот. У природних водах значна частка мікроелементів входить до складу зависей та колоїдів, тому при збільшенні каламутності води їх кількість у зависях та колоїдах збільшується i може досягти практично 100%. При цьому до складу зависей входять переважно катіони металів, які здатні утворювати малорозчинні оксиди, наприклад МnO2, а також гідроксиди, наприклад плюмбуму, кобальту, нікелю, купруму та ін. Амфотерні елементи, які в природних водах містяться у вигляді аніонів та аніони неметалів сорбуються на зависях гірше. При підвищенні рH води сорбція мікроелементів зростає. Однак зависі різної хімічної природи за ступенем дисперсності виявляють неоднакові сорбційні властивості щодо різних елементів. За хімічним складом розчинені форми мікроелементів у водах можуть бути досить різноманітними. Так, залежно від рH води та концентрації неорганічних i органічних лігандів у розчині можуть бути незакомплексованi йони металів, гiдроксокомплекси, карбонатні, сульфатні та хлориднi комплекси, а також координаційні сполуки йонiв металів з багатьма органічними лігандами. Деякі з домінуючих форм, вміст яких може перевищувати 1% від загальної концентрації металу, наведено в табл. 8. Ці дані є розрахунковими з використанням констант стійкості комплексних сполук i відповідають найбільш характерним для природних вод концентраціям лігандів. Цитратнi та глутамiнатнi комплекси взяті як модельні для оксикарбонових кислот. З табл. 8 випливає, що у водах для більшості йонiв металів-мікроелементів, крім йонiв мангану, найбільш характерним є утворення комплексів з органічними лігандами. В цьому аспекті особливо виділяється меркурій, який практично повністю, більш ніж на 99%, зв’язаний у сульфатні та гуматнi комплекси. Значна частка металів зв’язується у карбонатні та гiдроксокарбонатнi комплекси. Входження металів до складу не закомплексованих катіонів та гiдроксокомплексiв є значно менш характерним. Однак для мангану, на відміну від інших металів, найбільш поширеними формами в поверхневих водах суші є аквакомплекси йонів Мn(ІІ) та комплекси складу [MnCO3]0 i [Mn(ФК)n]z–, причому співвідношення між цими формами залежить від рH води. Експериментальні дані, одержані на Київському водосховищі, підтверджують результати теоретичних розрахунків. Дійсно, в зимово-весняний період, коли інтенсивність фотосинтезу незначна i у воді збільшується вміст СО2, що призводить до зниження її рH, відповідно домінуючою формою є йони Мn(ІІ) i їх концентрація може навіть перевищити ГДК. Навпаки, в теплі пори року в умовах інтенсивного фотосинтезу рH води зростає i при цьому йони Мn(ІІ) окиснюються розчиненим у воді киснем, що призводить до осадження сполуки у вигляді МnO2. Таблиця 8 Найбільш характерні розчинені форми мікроелементів у поверхневих водах суші
Ln – цитратнi комплекси; ФК – фульвокислоти; HL – глутамiнатнi комплекси; ГК – гумінові кислоти. Внаслідок цього загальна концентрація розчинених сполук мангану у воді значно зменшується i розчиненими формами виступають переважно комплексні сполуки. Молекулярна маса розчинених у воді гумінових i фульвокислот змінюється від сотень до десятків i сотень тисяч атомних одиниць маси. Комплексні сполуки мікроелементів з органічними лігандами у природних водах характеризуються також високими молекулярними масами. Однак розподіл йонiв металів між комплексами з лігандами різної молекулярної маси неоднаковий. Так, наприклад, для йонiв меркурій(II) характерним є утворення комплексів з молекулярною масою менше 10 тис., для йонiв плюмбуму – понад 10 тис., а комплекси інших мікроелементів мають найбільш характерні молекулярні маси від 1 до 100 тис. Комплексні сполуки йонiв металів з органічними лігандами природних вод е досить стійкими i характеризуються константами стійкості в межах 104-1012. Міцне зв’язування йонiв металів у комплекси з органічними речовинами, лігандами природного походження часто, заважає їхньому кількісному визначенню. Тому для одержання надійних результатів при визначенні валового вмісту йонiв металів у водах необхідно усунути вплив органічних сполук. Слід зауважити, що визначення концентрації окремих форм йонiв металів у природних водах має важливе еколого-токсикологiчне значення. На багатьох прикладах установлено, що токсичність незакомплексованих йонiв та гiдроксокомплексiв важких металів для гiдробiонтiв значно вища, ніж токсичність їх комплексних сполук з іншими лігандами, особливо з високомолекулярними органічними сполуками природного походження (гумусовими речовинами тощо). В той же час токсичність металоорганічних сполук, наприклад триметилхлориду стануму, дiетилхлориду плюмбуму тощо, значно вища за токсичність незакомплексованих йонiв цих металів. У зв’язку з цим виникає серйозна проблема щодо взаємозв’язку між гранично допустимими концентраціями (ГДК) йонiв металів, встановленими шляхом дії неорганічних солей металів на бiологiчнi тест-об’єкти, i загальним вмістом цих металів у природних водах. Очевидно, що норми ГДК для важких металів є певною мірою умовними, тому що в реальній природній воді концентрація токсичних форм та інтенсивність їхньої дії на гiдробiонти може бути не адекватною параметрам, установленим у дослідах з простими солями металів. жүктеу/скачать 0.58 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||