ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3916
Скачиваний: 7
201
вышается в присутствии белков, лизина и аргинина, лактозы и лимонной кисло-
ты; ухудшается – оксалатами, жирами. Период полувыведения – 2100–7000 суток.
С возрастом усвоение кальция постепенно уменьшается, поэтому воз-
никает остеопороз. Щавелевая кислота, как антагонист кальция, осаждает его в
виде оксалата кальция в организме. Оптимальное сочетание
человека обеспечивает здоровые зубы и кости, а
сосудистую систему. Витамин D является его синергистом. Кальций участвует в
образовании скелета, передаче нервного возбуждения, сокращении мышц, в регу-
ляции проницаемости мембран, в активации свертываемости крови и пищевари-
тельных ферментов.
Заболевания, вызванные недостатком кальция – остеопороз, избытком –
образование оксалатных камней.
Используется в металлургии, химической промышленности, строительстве.
СКАНДИЙ
Редкий рассеянный и дефицитный элемент с постоянной валентностью
(111). Число изотопов с учетом ядерных изомеров 15. Известен в природе
45
Sc
(100 %). Радионуклиды распадаются с образованием γ и β частиц в течение не-
скольких десятков дней и часов. Радиус
Sc
3+
– 83, атомный – 160,6 пм. Основная
линия в атомном спектре – 361,384 нм.
Кларк скандия в земной коре – 16∙10
–4
% (1,7∙10
–3
), почве – 7∙10
–3
, золе рас-
тений – 7∙10
–4
%, речных водах – 0,004мкг/л.
Обладает типичными свойствами дисперсности, имеет амфотерный ха-
рактер оксидов. Концентрируется в средних геофазах остаточного гранитного
расплава с образованием скандиевого минерала – тортвейтита. Повышено содер-
жание скандия в вииките. В метасиликатах (пироксенитах и богатых пироксеном
дунитах) в решетках магния и железа происходит эндокриптное захватывание
скандия. В осадочных отложениях он рассеивается и выпадает вместе с железом
при больших значениях рН, частично накапливается в железных рудах. Слаборас-
творимые карбонаты переносят Sc в разных процессах. Концентрируется и ми-
грирует совместно с
. Сорбируется гидроксидами железа.
Скандий малоподвижный в большинстве геохимических обстановок, сла-
бо мигрирует с органическими комплексами, частично – в сильнокислой среде.
Известно 5 минералов скандия, из них 4 силиката и 1 фосфат. Основной
минерал – тортвейтит в гранитных и карбонатных пегматитах.
Суточное потребление с пищей – 0,00005мг. Токсичная доза не уста-
новлена. Концентрируется в костной ткани и крови.
Используется в суперлазерах, галогеновых лампах, ЭВМ.
ТИТАН
Твердый, нетоксичный, амфотерный металл. Титан устойчив к коррозии
благодаря оксидной пленке, но при измельчении в порошок горит на воздухе.
Число изотопов титана с учетом ядерных изомеров 13. В природе наиболее рас-
пространен
48
Ti
(73,8%), изотопы
46
Ti
,
47
Ti
,
49
Ti
,
50
Ti
– от 5 до 8%. Искусственный
радионуклид
44
Ti
имеет период полураспада 47 лет с γ типом распада. Радиус
202
Ti
2+
– 80,
Ti
3+
– 69, атомный – 144,8пм. Основная линия в атомном спектре –
334,941нм.
Кларк титана в земной коре – 0,56% (0,53), основных породах – 0,9, почве
– 0,46, золе растений – 0,1%, речных водах – 3мкг/л.
Имеет сходные черты с алюминием. Образует часто ионы
Тi
3+
, более
устойчивые при высокой температуре, которые легко превращаются в [
TiO
4
]
5-
.
Более типичны ионы
Ti
4+
, [
TiO
4
]
4-
. Различие в выделяемой этими ионами энергии
невелико, поэтому переходы из одного иона в другой совершаются при незначи-
тельных изменениях геохимической обстановки. Возможно их совместное нахож-
дение в решетках минералов. Для титана характерны комплексные ионы титано-
силикатов. Рано кристаллизуется в магматическом процессе.
Титан накапливается преимущественно с железом и магнием в габбро-
идную геофазу кристаллизации. Основное количество элемента связано с ильме-
нитом и около 20% находится в дисперсном состоянии, как изоморфная или эндо-
криптная примесь в силикатах. В щелочных породах происходит накопление ти-
тана, особенно в магмах агпаитовых, богатых железом. В кислых и основных по-
родах титана встречается мало. Вхождение титана в алюмокремниевые комплек-
сы затруднено. Он осаждается при избытке
Ca, Fe, TR.
Обилие щелочей приводит
к образованию комплексных ионов
TiO
4
вместе с
ZrO
4
, SiO
4
.
В земной коре встречается только в кислородных соединениях. Повы-
шенные его концентрации характерны для габбро, горнблендитов, пироксенитов,
а также щелочных пород агпаитового ряда. Минералы устойчивы к выветриванию
и образуют значительные концентрации в россыпях.
Известно около 70 минералов титана, важнейшие из них – ильменит, ру-
тил, титанит, сфен, лопарит.
Геохимический барьер – кислородный. Частично мигрирует в сильно-
кислой среде.
В организме человека содержится 14мг титана. Суточное потребление с
пищей – 0,85мг. Период полувыведения – 320 суток. Концентрируется в коже, се-
лезенке, надпочечниках, легких (с возрастом увеличивается), кожной мозоли. Ти-
таном богаты сливочное масло, свинина, креветки, кукурузное масло, пшеничная
мука, салат-латук, черный перец. При остром лейкозе содержание Ti в крови сни-
жается. Органические производные титана возбуждают центральную нервную си-
стему, дыхание, сердечно-сосудистую систему, стимулируют ферментативную
активность крови и гомеопоэз.
Используется в оборудовании химической промышленности, легких спла-
вах, остеопротезах.
ВАНАДИЙ
Относится к мягким металлам, устойчив к коррозии, реагирует с кон-
центрированными кислотами. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 11. В
природе известны стабильный
51
V
(99,75%) и радионуклид
50
V
(0,25%) с периодом
полураспада более 3,9∙10
17
лет по β типу. Радиус
V
2+
– 72,
V
3+
– 65,
V
4+
– 61,
V
5+
–
59, атомный – 132,1пм. Основная линия в атомном спектре – 437,924нм.
Кларк ванадия в земной коре составляет 160∙10
–4
% (1,2
.
10
-3
), почве 1–10
–2
,
золе растений – 6,1∙10
–3
%, речных водах – 0,9мкг/л.
203
В геохимии известны две валентности ванадия, ионы имеют вид –
V
3+
,
[
VO
4
]
3-
,
V
5+
, [
VS
]
3-
. Трехвалентные ионы с положительным зарядом рассеяны
без образования собственных минералов и замещают
Fe
3+
, Al
3+
. В глубинной
зоне наибольшей устойчивостью обладают ионы
V
3+
, в гипергенной –
V
5+
. Мно-
гочисленные минералы образуют ионы [
VO
4
]
3-
в соединении с
Ca, Pb, Cu.
При протокристаллизации ванадий накапливается в конечных фазах габб-
роидных пород – в титаномагнетитах и пироксенах. В зоне гипергенеза при окис-
лении ванадий переходит в подвижную форму [
VO
4
]
3-
. Фиксация его в виде ме-
нее растворимых соединений определяется образованием двойных комплексов
[
VO
4
]+[
UO
4
] или нейтрализацией ванадиевой кислоты металлами повышенной
поляризации –
Pb, Cu, Ni, Zn
.
В эндогенных условиях в магматических образованиях известны только
соединения
V
(III). Близость ионных радиусов
V
3+
и широко распространенных в
магматических породах
Fe
3+
и
Ti
4-
приводит к тому, что ванадий находится в ги-
погенных процессах в рассеянном состоянии. Концентраторами являются мине-
ралы: титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит, пироксены, амфиболы и гранаты. В
гидротермальных условиях встречаются минералы
V
(III),
V
(IV) и
V
(V). Ванадий
образует комплексные соединения с галоидами и переносится гидротермальными
растворами.
В экзогенных условиях переносится водами в виде взвесей и истинных
растворов (
VCl
3
,
VCl
4
,
VOCl
,
VOCl
3
). Адсорбируется гидроксидами железа, алю-
миния и органическим веществом. В зоне гипергенеза обогащенные растворы об-
разуют ванадаты – соли ортованадиевой кислоты (
H
3
VO
4
). Повышенное содержа-
ние ванадия отмечается в габбро и базальтах.
Известно 90 минералов, из них 40 ванадатов. Основные: патронит (
VS
4
),
ванадинит [
Pb
5
(
VO
4
)
3
Cl
]. Получают попутно из руд других металлов и венесуэль-
ской нефти.
Геохимические барьеры: восстановительный сероводородный, щелочной,
сорбционный. Мигрирует в окислительной обстановке.
В организме человека содержится 10–25мг ванадия: в цельной крови – 2–
50мкг/100 мл (в эритроцитах больше, чем в плазме); много в костях и зубах (ден-
тине), жировой ткани, в легких – 0,6мг/кг; в печени и почках – 0,03мг/кг. Суточ-
ное потребление с пищей – до 0,1–2 г; с водой 8–12мкг. Период полувыведения –
300, для костной ткани – 10000 суток. Токсичная доза 0,25мг, летальная 2–4мг.
Ванадий аккумулируется в костях, зубах, жировой ткани, почках, печени,
легких. В костях осаждает соли кальция и увеличивает устойчивость зубов к ка-
риесу. Ванадий – эффективный катализатор окислительно-восстановительных
биохимических реакций, является антагонистом
. Стимулирует утилиза-
цию глюкозы, повышая активность инсулина. Активирует синтез ДНК и РНК.
Токсичность возрастает с увеличением валентности в 3–5 раз.
Заболевания, вызванные недостатком ванадия: снижается плодовитость,
повышается смертность новорожденных, задерживается рост и возникают анома-
лии скелета. Наблюдается гиперхолестеринемия, а также задержка
вплоть до отеков (особенно на фоне недостаточности кровообращения); тяжелее
протекает сахарный диабет.
204
Заболевания, вызванные избытком ванадия: маниакально-депрессивный
психоз; повышается артериальное давление; бронхиальная астма, экзема. Коррек-
ция избытка базируется либо на введении
новления ванадатов в ванадил (глутатионом или аскорбиновой кислотой до 3 г в
сутки).
Растения-концентраторы: морские водоросли (фотосинтез), азотобактерии,
растительные масла, грибы, петрушка, соя, укроп, зерно, печень, морепродукты.
асцидии, черная плесень. Стимулирует фиксацию азота и рост ряда азотобакте-
рий.
Используется в сплавах и легированных сталях.
ХРОМ
Твердый, токсичный металл, устойчив к окислению;
Cr
(III) малотоксичен,
Cr
(VI) высокотоксичен. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 13. Наиболее
распространен стабильный
52
Cr
(83,79%). Радионуклиды имеют короткий период
полураспада. Радиус
Cr
2+
– 84,
Cr
3+
– 64,
Cr
4+
– 56, атомный – 124,9пм. Основная
линия в атомном спектре – 425,435нм.
Кларк хрома в земной коре – 0,01% (9,3
.
10
-3
), почве – 2∙10
–2
, золе расте-
ний 2,5∙10
–2
%, речных водах – 1 мкг/л.
По своим химическим свойствам хром близок к
. Большинство со-
лей
Cr
(III) хорошо растворимо в воде, легко подвергается гидролизу. Соединения
трехвалентного хрома устойчивы и сходны с алюмиием, поэтому они взаимоза-
меняемы. Содержание хрома высокое в оливиновых породах (до 3–4%
Cr
2
O
3
).
Элемент связан с устойчивыми решетками
Al, Fe, Mg
.
Эндогенные концентрации соединений
Cr
(III) в силу своего высокого
сродства с кислородом образуются в виде оксидов вместе с
(III),
обособляющимися на высокотемпературной магматической ступени процесса
при дифференциации перидотитовой магмы. Соединения
Cr
(VI) образуются
только в резко окислительной обстановке при высоких значениях рН. Промыш-
ленный хром связан с ультраосновными породами. Хромит кристаллизуется в
конце магматической геофазы.
Экзогенные концентрации отмечаются в виде россыпей. Миграция проис-
ходит в виде взвесей. Содержание подвижного хрома в почвах 1,4–10,25 мг/кг при
ПДК 15 мг/кг.
Известно 25 минералов хрома. Промышленными являются хромшпине-
лиды. Геохимические барьеры: щелочной, сорбционный. Мигрирует в кислой
среде и окислительных условиях.
В организме человека содержится 6,6 мг хрома, в костях, особенно в эпи-
физах и хрящах – 4,8, в мягких тканях – 1,8, в плазме и эритроцитах – до 0,1 мг. С
возрастом его содержание снижается, но увеличивается концентрация в легких.
Суточное потребление с пищей 0,01–1,2 (0,15) мг при норме 90 мкг. Период полу-
выведения – до 222 суток. Токсичная доза – 200мг, летальная – 3 г. Оптимизирует
работу инсулина по фиксации глюкозы в гликоген и жир. Снижает артериальное
давление, предупреждает диабет. Участвует в обмене нуклеиновых кислот. Обра-
зует в организме коллоидные растворы.
205
Заболевания, вызванные недостатком хрома: усугубление или провокация
сахарного диабета с разнообразными метаболическими нарушениями; атероскле-
роз; задержка роста; помутнение роговицы.
Заболевания, вызванные избытком хрома: поражение ретикулоэндотери-
альной системы по всем органам; аллергия; повышение риска канцерогенеза; ри-
нит; бронхит; пневмосклероз; гастрит; язва желудка и носовой перегородки.
Растения-концентраторы хрома: картофель (0,13мг/кг), свекла и морковь
(0,11 мг/кг), томаты (0,04мг/кг). Гигиеническая норма в растениях – 0,2мг/кг.
Используется в сплавах, для хромирования, в металлокерамике.
МАРГАНЕЦ
Твердый, хрупкий, серебристый металл. При наличии примесей реак-
ционноспособен и горит в кислороде. Число изотопов с учетом ядерных изомеров
15. В природе распространен стабильный
55
Mn
(100%). Искусственные радио-
нуклиды имеют различный период полураспада от часов до 3,7·10
6
лет (
53
Mn
) c β
и γ типом распада. Радиус
Mn
2+
– 91,
Mn
3+
– 70,
Mn
4+
– 52, атомный – 124 пм. Ос-
новная линия в атомном спектре 403,076 нм.
Кларк марганца в земной коре – 9,5·10
–2
% (9
.
10
-2
), почве – 8,5·10
–2
, золе
растений – 7,5·10
–1
%, речных водах – 7 мкг/л (регламентация 150мкг/л).
Марганец входит в группу железа. Очень легко переходит из одной ва-
лентности в другую в зависимости от кислородного потенциала и величины рН в
растворах. В геохимии известны катионы
Mn
2+
, Mn
3+
, Mn
4+
, в лабораторных усло-
виях известен
Mn
+7
. Впервые по отношению к марганцу В.И.Вернадский предло-
жил ввести термин
кларк концентрации
, отмечая им отклонение его содержания в
данном минерале или месторождении от кларка марганца в земной коре.
Отношение марганца к железу сильно повышается от основных к кислым
породам, что приводит к относительному преобладанию марганца в остаточных
гранитных пегматитах. Среди минеральных его видов преобладают силикаты и
фосфаты (примерно по 30%), оксиды (20%). Повышение содержания кислорода,
как и понижение кислотности, приводит к осаждению марганца. Ряд элементов
абсорбируется марганцевыми оксидами:
P, K, Na, Mg, Ca, Fe, Al, C, Ba, Ni, Co, Cu,
Li.
Известно более 150 минералов марганца: оксиды, сульфаты, сульфиды и
др. Основные руды: пиролюзит
МnО
3
, браунит
Мn
6
SiO
2
, гаусманит
Мn
2
О
4
, манга-
нит
МnООН
, вернадит (
МnО
2
n
Н
2
О
), псиломелан (
ВаМnО
16
4
Н
3
О
), родохрозит
(
МnСО
3
), манганокальцит ((
Са, Мn
)
СО
3
) и манганосидерит ((
Мn
,
Fе
)
СО
2
).
Геохимические барьеры марганца: кислородный, щелочной, восстано-
вительный сероводородный, термодинамический. Элемент подвижный и сла-
боподвижный в восстановительно-глеевой обстановке.
В организме человека cодержится 12 мг марганца. Суточное потребление с
пищей – 3,7 мг. Период полувыведения – 22 суток. Токсичная доза – 1 г/кг.
Акку-
мулируется в печени, поджелудочной железе, гипофизе. Активирует многие фер-
ментативные процессы. Стимулирует синтез холестерина и жирных кислот. Уси-
ливает накопление фосфора в костях. Марганец необходим для образования ти-
роксина, усвоения пищи, для работы центральной нервной системы, улучшения
мышечных рефлексов и памяти.