ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4378

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

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 

P

  и 

Ca

  в  организме 

человека обеспечивает  здоровые зубы и кости, а 

Ca

  и 

Mg

  –  здоровую  сердечно-

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 

Fe

Ti

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 


background image

 

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 

2+

– 72, 

3+

– 65,  

4+

– 61, 

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. 


background image

 

203 

В  геохимии  известны  две  валентности  ванадия,  ионы  имеют  вид  – 

3+

[

VO

4

3-

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 

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 

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 

Fe 

и 

Co

.  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 

Na

  и  воды 

вплоть до отеков (особенно на фоне недостаточности кровообращения); тяжелее 
протекает сахарный диабет. 


background image

 

204 

 Заболевания,  вызванные  избытком  ванадия:  маниакально-депрессивный 

психоз; повышается артериальное давление; бронхиальная астма, экзема. Коррек-
ция избытка базируется либо на введении 

Li, Fe

 и 

Co

 (антагонизм) путем восста-

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 

Mo

 и 

W

. 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 

Al, Mg, Fe

(II)

Fe

(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.  


background image

 

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

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.