ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3918
Скачиваний: 7
191
Концентартором фтора среди растений является чай. Норма содержания
для растений – 0,04–100 мг/кг сухого вещества, в кормах допускается 30–40мг/кг
сухого вещества.
Используется в химической промышленности, как флюс в металлургии
(
CaF
2
) и производстве алюминия (
AlF
2
).
НЕОН
Очень редкий, бесцветный, инертный газ, практически без запаха. Взаимо-
действует с газообразным фтором. Объем в атмосфере составляет 1,2·10
–3
% (2·10
–
3
% по массе). Время нахождения в атмосфере 10
7
лет. Элемент представлен од-
нородными молекулами газа, инертен, химических соединений нет. Хорошо рас-
творяется в воде. Легче воздуха, поэтому Землей он утерян.
Число изотопов с учетом ядерных изомеров
9. Элемент представлен тремя
стабильными изотопами:
20
Ne
(90,48%),
22
Ne
(9,251),
21
Ne
(0,27 %). Радиус атома –
160пм. Основная линия в атомном
спектре
–
865,438 нм. Кларк в земной ко-
ре 7·10
–
9
% (7,7
.
10
-8
см
3
/г).,
Используется в осветительных приборах. Не токсичен, но может вызвать
асфиксию.
НАТРИЙ
Мягкий серебристо-белый металл. Строение атома натрия шаровое, типа
благородных газов. Подвижность высокая, почти полностью вымывается из
верхней толщи пород в условиях гумидного климата. Осаждается в аридном
климате и образует соединения типа
NaCl, Na
2
SO
4
, Na
2
CO
3
, NaNO
3
. Минеральные
виды натрия по генезису на 70% магматические или термальные и на 30% – ги-
пергенные образования. Возможно частичное изоморфное замещение натрия и
кальция. На срезе быстро окисляется. Бурно реагирует с водой.
Число изотопов с учетом ядерных изомеров 4. В природе распространен
изотоп
23
Na
(100%). Искусственные радионуклиды выделяют β и γ частицы:
22
Na
(T
1/2
= 2,605г.),
24
Na
(T
1/2
= 14,97 ч.). Радиус
Na
+
– 98, атомный – 153пм. Основная
линия в атомном спектре – 588,995 (AA) нм.
Кларк натрия в земной коре – 2,50% (2,38%), живом веществе – 2∙10
–2
%,
почве – 0,63%, золе растений – 2,0%, речных водах – 6,3мг/л.
Известно 222 минерала натрия, в основном, хлориды и сульфаты. Связь
ионная. Ионный радиус близок к ионному радиусу железа и магния, поэтому они
изоморфны в минералах.
В соляном разрезе находится после гипса и ангидрита и до солей
Поиски
NaCl
связаны с палеогеографическими особенностями осадков в аридных
условиях. В молодых отложения или в современных соляных озерах и лиманах
следует искать
Na
2
SO
4
. Для
Na
2
CO
3
известны лишь современные образования в
условиях аридного климата.
Геохимические барьеры: испарительный и сорбционный (глина, гумус).
Хорошо подвижен в любой геохимической обстановке.
В организме человека содержится 100–150г натрия (60–80% – во внекле-
точной жидкости, 10–15% – в мышцах, 20–30% в костях). Суточное потребление
натрия с пищей – 4,4г, период полувыведения – 10–15,8 суток Натрий поддержи-
192
вает осмотическое давление, нормальную деятельность сердечной мышцы и рав-
новесие с ионом калия при нервно-мышечной возбудимости. Удерживает воду в
тканях.
Заболевания, вызванные недостатком натрия: происходит сгущение крови,
возникает кишечная колика, наступают судороги скелетных мышц, угнетается
центральная нервная система. Может нарушать усвоение углеводов.
Заболевания, вызванные избытком натрия: гипернатриемия – жажда, лихо-
радка, тахикардия, повышение артериального давления; за счет дегидратации кле-
ток – мозговые нарушения, сердечная недостаточность. Токсичная доза – 14г.
Растения-концентраторы: галофиты, пасленовые, крестоцветные, лебедо-
вые, водоросли.
Используется в ядерной и ракетной технике. Запасы не ограничены.
NaCl
–
ключевое вещество для химической промышленности. Применяется при произ-
водстве хлора, соды, щелочей.
МАГНИЙ
Магний является слабощелочным металлом. Число изотопов с учетом
ядерных изомеров 12. Распространены в природе стабильные изотопы
24
Mg
(78,99%),
26
Mg
(11,01%),
25
Mg
(10%), радионуклид
28
Mg с Т
1/2
= 21 час. Радиус
Mg
2+
– 78, атомный – 160 пм. Основная линия в атомном спектре: 285,213 нм
(АА).
Кларк магния в земной коре – 2,3% (2,26), почве – 0,63, в золе растений –
7,0%, речных водах – 4,1мг/л.
Его соединения легче растворимы, чем стронция и бария. Ионные радиусы
Mg
2+
, Fe
2+
, Mn
2+
, Ni
2+
близкие между собой, чем и определяется их большая изо-
морфная смесимость. Геохимическая миграция магния сложная и охватывает все
геосферы. В глубинных геосферах мы имеем преимущественно силикаты, в ги-
пергенной – карбонаты, фосфаты, арсенаты. Почти весь магний выпадает в ран-
них стадиях кристаллизации изверженных пород. Входит в состав глубинных
ультраосновных и основных пород. Простые соли магния с
SO
4
, Cl, Br, J
легко
растворимы и трудно растворимы карбонаты и силикаты. Обнаруживается в глу-
бинных оливиновых породах и поздних осадках морских и озерных бассейнов; в
метасоматических замещениях и при перекристаллизации известняков надо ис-
кать доломиты и магнезиты.
Известно 191 минеральных вида магния, преобладают силикаты
(55%).Геохимические барьеры: сорбционный, карбонатный, биогеохимический,
испарительный, силикатный, щелочной.
Магний образует прочную связь с дисперсными частицами почв. Антаго-
нисты магния:
Ca, K, NH
4
2+
, H
+
; синергисты:
P
, витамин А. В кислых ландшафтах
выщелачивается.
В организме человека содержится 21–28г магния. Суточное потребление с
пищей – 600мг. Период полувыведения – 130 суток. Важнейший активатор мно-
гих ферментативных процессов (около 300 ферментов). В миокарде Mg
2+
участву-
ет в регуляции гликолиза, цикла Кребса. Соотношение Ca:Mg в костях в норме
1:55, в организме – 2:1. Абсорбция магния улучшается белками (особенно казеи-
ном), витамином D; ухудшается – фосфатом, жирными кислотами.
193
Заболевания, вызванные недостатком магния: нарушения нервной ре-
гуляции, повышенная возбудимость центральной нервной системы, атаксия,
спазм мышц, подергивание век, аритмия, выпадение волос, гипопаратиреоз, арт-
рит, мочекаменная и желчекаменная болезнь, артериальная гипертензия, сахар-
ный диабет, синдром повышенной усталости, повышение риска онкогенеза.
Заболевания, вызванные избытком магния: седативный, иногда нарко-
тический эффект, угнетение дыхательного центра, уремия, дает наркотический
(вплоть до угнетения дыхательного центра) и противосудорожный эффект.
Растения содержат магний в молекуле хлорофилла (10%). Структура хло-
рофилла близка к структуре гема в пигменте крови (вместо
Mg
Используется для изготовления легких сплавов, а также в антикорро-
зийных системах защиты других металлов.
АЛЮМИНИЙ
Твердый прочный металл. Число изотопов с учетом ядерных изомеров. 11.
В природе распространен
27
Al
(100 %). Радиус
Al
3+
– 57, атомный – 143,1пм. Ос-
новная линия в атомном спектре 396,152нм. Кларк алюминия в земной коре –
8,02% (8,07), почве – 7,13, золе растений – 1,40%, речных водах – 400мкг/л.
В природе известен трехвалентный алюминий и виде ионов
Al
3+
и [
AlO
4
]
5–
.
Это типичный амфотерный равноквантовый атом. Образование катиона или ани-
она зависит от величины рН: в сильнощелочной среде формируется комплексный
анион, который замещает [
SiO
4
]
4–
с одной свободной валентностью нейтрализуе-
мой вхождением в решетку одноваленетных щелочей (
K, Na, Li
), реже – других
катионов. В кислой среде алюминий является типичным катионом в некоторых
сульфатах и кислых силикатах. Известны соединения алюминия с фтором, карбо-
натами, фосфатами и арсенатами.
Главное геохимическое значение принадлежит свободному глинозему
[
Al
2
O
3
] и его гидратам, которые растворяются в кислотах и щелочах. Выпадение
из раствора возможно при рН 4–11.
При дифференциации гранитных остаточных магм алюминий остается в
пегматите. В минералах магматического и глубокометаморфического происхож-
дения алюминий окружен четырьмя атомами кислорода, в минералах гиперген-
ного происхождения – шестью атомами. В образовании полезных ископаемых
практическое значение имеют процессы каолинитизации и бокситизации, во
влажном и теплом климате
Каолиновый процесс вызывается постепенным гидролизом алюмоси-
ликатов с выносом сильных катионов и замещением их водородом. Активизации
гидролиза содействуют кислые эманации вулканов, углекислые источники или
струи в периферии охлаждающихся вулканических эруптивов, кислые гуминовые
воды.
Бокситовый процесс сводится к осаждению из растворов и гидрозолей в
морях и озерах, при латеритизации пород в жарком и влажном климате, при вы-
щелачивании карбонатных пород с возможной позднейшей метаморфизацией.
В эндогенных условиях алюминий концентрируется в щелочных нефелин-
и лейцитсодержащих породах и анортозитах. Накапливается в процессах алунити-
зации, связанных с гидротермальной переработкой кислых вулканических обра-
194
зований. Наибольшие скопления наблюдаются в остаточных и переотложенных
корах выветривания на щелочных, основных и кислых породах.
В экзогенных условиях при формировании коры выветривания все ми-
нералы
Al
разрушаются, но выносятся только в щелочной и сильнокислой среде, в
других условиях – накапливается. В присутствии
SiO
2
растворимость
Al
2
O
3
воз-
растает, а при наличии
CO
2
снижается. Алюминий образует комплексные соеди-
нения. Гуминовые кислоты связывают 55 мг Al на 1г кислоты, фульвокислоты –
до 140мг. Коллоидный глинозем по сравнению с коллоидным кремнеземом менее
устойчив и быстрее коагулирует, поэтому при совместной миграции они разделя-
ются. В связи с различной геохимической подвижностью соединений
Al
,
Fe
и
Mn
происходит их дифференциация в прибрежной зоне водоемов. Ближе к берегу
накапливаются бокситы, в верхней части шельфа – железные руды, внизу шельфа
– марганцевые.
Основные соединения алюминия: бокситы в виде бемита и гиббсита. Из-
вестно более 550 минералов, из них преобладают алюмосиликаты. Промышлен-
ное значение имеют бемит и диаспор –
Al
2
O
3
..
H
2
O
(85%
Al
2
O
3
), гиббсит (гидрар-
гиллит) –
Al
2
O
3
..
3
H
2
O
(65,4%), нефелин
KNa
3
[
AlSiO
4
]
4
(34%), лейцит
K
[
AlSi
2
O
6
]
(23,5%) и алунит –
KAl
3
[
SiO
4
]
2
(
OH
)
6
(37%).
Геохимические барьеры: термодинамический, кислородный, нейтральный
и щелочной.
В организме человека содержится 61–12000мг: в крови – 0,6мг/л; в скелете
– до 20мг; в легких – 10мг; в печени – 1мг; остальное – в мозгу, половых железах,
эпителиальной и соединительной ткани. Суточное потребление с пищей составля-
ет 2,45 – 45,0мг. В желудочно-кишечный тракт попадает 45 – 135мг, но всасыва-
ется 2–3мг/сутки (преимущественно на уровне желудка). Период полувыведения
– 200 суток. Токсичная доза – 5г.
Алюминий концентрируется в чае. Экологическое бедствие наступает ко-
гда концентрация в кормах более 50 мг/кг, удовлетворительные условия при со-
держании 1,5 - 2,0 мг/кг.
Источниками поступления алюминия в организм являются животные (2,0–
20,0мг/кг) и растительные (200–2000мг/кг) продукты. Приготовление пищи в
алюминиевой фольге или посуде увеличивает уровень
Al
в продуктах питания в 2
раза. Является составной частью клеток и тканей. При инфекционном артрите со-
держание
Al
повышается в 5 раз. У алкоголиков в крови его содержание уве-
личивается в 2 раза.
Al
и
P
взаимно затрудняют энтеральную абсорбцию. При
нормальном соотношении в пище и воде (
P:Al
= 28) всасывание
Al
не вызывает
патологии. Уменьшение поступления в организм фосфатов приводит к дефициту
кальция с замещением его в костях алюминием и развитием рахита. С тетрацин-
клином гидроксид алюминия образует нерастворимый комплекс. Основной ми-
шенью-лигандом для
Al
является ДНК, в особенности в нейронах. При избытке
Al
поражается прежде всего кора больших полушарий, гиппокамп, часть спинного
мозга, а также вилочковая железа и костный мозг.
Заболевания, вызванные избытком алюминия: болезнь Альцгеймера (стар-
ческое слабоумие) – формирование узлов в нейронах мозга; энцефалопатия с эпи-
лепсией и миоклонией; синдром деменции-паркинсонизма; болезнь Дауна; боко-
вой амиотрофический склероз; пигментная дистрофия сетчатки; микросфероци-
195
тарная анемия; старческий амилоидоз; рак мочевого пузыря; рахит; остеомаляция;
сердечная аритмия. Вдыхание алюминиевой пыли (профессиональая патология)
приводит к пневмокониозу и бронхоструктивному синдрому. Меры профилакти-
ки и лечения: исключение использования алюминиевой посуды при приготовле-
нии пищи, очищать фильтрами воду; воздерживаться от приема фармакопрепара-
тов, содержащих
Al
; не злоупотреблять вегетарианством; ликвидация дефицита
путем введения его в допустимой дозе (
Al
хорошо растворим в воде и быстро
Используется в самолетостроении, строительстве и других отраслях
народного хозяйства.
КРЕМНИЙ
Наиболее распространенный неметалл в природе. Число изотопов с учетом
ядерных изомеров 11. В природе распространены стабильные
28
Si
(92,23%),
29
Si
(4,67) и
30
Si (3,10%)
. Искусственный радионуклид
32
Si
с периодом полураспада
710 лет с β и γ типом распада. Радиус
Si
4+
– 26,
Si
4–
– 271, атомный – 117 пм. Ли-
нии в атомном спектре: 288,156 – 637,136 нм.
Кларк кремния в земной коре – 27,7% (27,99), почве – 33, золе растений –
15 %, речных водах – 6,13мг/л.
В природе кремний образует кислотные комплексные анионы [
SiO
4
]
4-
или
[
SiO
3
]
2-
, в метеоритах известен силицид (
CSi –
карбид силиция). Тетраэдры ком-
плексных анионов кремния создают структуры типа цепей, вязи, пластин и др.
Оксид кремния, как и его слабые кислоты, легко растворяются в щелочных усло-
виях, образуя золь. В воде слабо растворимы, легко образуют золи и гели. Эти
свойства определяют ход миграции кремния.
Черный аморфный кремний получается при восстановлении
SiO
2
угле-
родом. Кристаллы полупроводников представляют собой серо-голубой металл.
Аморфный кремний не реагирует с соединениями, кроме
HF
, растворяется в го-
рячей щелочи.
Известно более 1500 минеральных видов кремния: 847 силикатов и алюмо-
силикатов, 14 оксидов, 4 карбида, 4 фторида, 3 силицида, 3 фосфата. Запасы его
не ограничены.
Все эндогенные и многие экзогенные процессы протекают в среде крем-
ния и он влияет на геохимию этих процессов. Содержание
SiO
2
используется в
качестве основной константы в петрохимической систематике изверженных по-
род и при делении осадочных пород. Ряд возрастания относительной стабильно-
сти силикатов в процессе выветривания: оливин → гиперстен → авгит → амфи-
бол → биотит → кальциевый плагиоклаз → натриевый полевой шпат → калиевый
полевой шпат → мусковит → кварц.
Геохимический барьер кремния кислый. Элемент слабо подвижный в ги-
пергенных условиях. Накопление и обилие
SiO
2
отвечает такой серии гео-
химических процессов, в которых отсутствуют сильные щелочи и щелочные зем-
ли. Осаждение
SiO
2
требует пониженного рН (кислых условий).
В организме человека содержится 2–7 кг кремния. С возрастом его количе-
ство уменьшается. Суточное потребление с пищей – 18мг. Период полувыведения
– 60–90 суток.