ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3913
Скачиваний: 7
206
Заболевания, вызванные недостатком марганца: атаксия, поражение ЦНС и
расстройство координации движений, анемия, ухудшается усвоение глюкозы. За-
болевания, вызванные его избытком – рахит. Замедляется всасывание
Растение-концентратор – чай. Экологическое бедствие наступает при кон-
центрации в кормах более 50мг/кг, удовлетворительные условия при содержании
1,5 – 2,0мг/кг марганца.
Используется в производстве сталей, керамике, в удобрениях.
ЖЕЛЕЗО
Наиболее важный и самый распространенный элемент земной коры. Число
изотопов с учетом ядерных изомеров 16. В природе распространен стабильный
56
Fe
(91,18 %). Искусственные радионуклиды имеют различный период полурас-
пада от часов до 10
5
лет (
60
Fe
) c β типом распада. Радиус Fe
2+
– 82, Fe
3+
– 67,
атомный 124,1 пм. Основная линия в атомном спектре – 248,327; 835,991 нм.
Кларк железа в земной коре – 4,1% (5,33), почве – 3,8%, в золе растений –
1,0 %, речных водах – 67 мкг/л (регламентация не более 300 мкг/л).
Радиусы ионов железа обоих степеней окисления (+2, +3) занимают сред-
нее положение среди других радиусов катионов. С этим, очевидно, связано его
среднее по величине электростатическое поле, определяющее возможности ши-
роких замещений или вхождений. В группу геохимического семейства железа
входят
Ti, V, Mn, Cr, Ni, Co.
Железо является руководящим химическим элементом Земли. Вглубь
Земли его содержание увеличивается в отдельных геосферах. В этом направлении
к кислородным соединениям присоединяются сульфидные. Главная часть железа
выделяется из расплава в течение прото- и мезокристаллизации и в конечном гра-
нитном магматическом остатке количество железа минимальное. Иногда часть
железистого остатка переходит в остаточный расплав.
Эндогенные магматические концентрации железа отмечены в основных и
средних породах, а также генетически связанных с ними постмагматических про-
дуктах. Мигрирует в эндогенных условиях в виде хлоридов. Крупные месторож-
дения железа дают диабазовые покровы и интрузии в некоторых случаях с из-
вестняками, а также щелочные граниты и сиениты на контакте с карбонатными
породами.
Экзогенные концентрации железа характерны для осадочных пород и кор
выветривания ультраосновных пород. Мигрирует в форме бикарбонатов, суль-
фатов и гуминовых соединений.
Fe
(
OH
)
3
является конечным продуктом при-
родных соединений
Fe
, попадающих в зону окисления. В осадочных породах же-
лезо будет накапливаться в осадках болот и морей, при подводном извержении
диабазов.
Известно более 300 минералов железа, из них ведущие – гематит (
Fe
2
O
3
),
магнетит (FeO
. .
Fe
2
O
3
), сидерит (
FeCO
3
).
Геохимические барьеры железа: кислородный, восстановительный серово-
дородный, термодинамический. Элемент подвижный и слабо подвижный в вос-
становительно-глеевой обстановке.
207
В организме человека содержится 3,5– 4,2 г железа, в составе гемоглобина
80% и миогемоглобина 10%. Суточное потребление с пищей – 9–20 мг. Период
полувыведения 700 суток. Токсичная доза – 200мг, летальная – 7–35 г.
Необходим для образования гемоглобина, миоглобина (красного пигмента
в мышцах), некоторых ферментов (ферритин), для метаболизма витаминной груп-
пы
В
, а также для транспорта электронов, кислорода, окислительно-восстано-
вительных реакций и активации перекисного окисления (предварительно подго-
товленного ионами меди). Последняя функции важна для детоксикации многих
ксенобиотиков и деструкции микроорганизмов и раковых клеток.
Источники железа: печень, язык, шоколад, сухофрукты, бобовые, кизил,
айва, земляника, персики, груши, яблоки, овес, рожь, брюква, шпинат, маслины,
хрен, поваренная соль, творог, мидии, устрицы. Всасывается из пищи преимуще-
ственно неорганическое железо (3–10%) от попавшего в желудочно-кишечный
тракт (всего 1–20 мг/сутки). Всасывание железа блокируется
Mn
, соевым белком,
отрубями пшеницы, фитином, фосфатами, танином (чай), полифенолами, кофе;
улучшается – аскорбиновой кислотой, животными белками, цистином, лизином,
гистидином, соляной кислотой.
Антагонисты железа – кофе, чай; синергисты – витамин С , элементы
, аминокислоты (цистеин, метионин), алкоголь.
Заболевания, вызванные недостатком железа: анемия, неврастения, ас-
тения, тахикардия, кардиалгия. синдром Пламмера-Винсона.
Заболевания, вызванные избытком железа: накопление в артериях ли-
попротеинов с низкой плотностью, т.е. «вредной» разновидности холестерина и
образование бляшек с отложениями на стенках сосудов; диффузный гемохрома-
тоз с развитием бронзовой окраски кожи, сахарного диабета, цирроза печени с
портальной гипертензией.
Используется в производстве сталей, керамике.
КОБАЛЬТ
Твердый металл с ферромагнитными свойствами, устойчив к
О
2
. Медленно
взаимодействует с разбавленными кислотами. Число изотопов с учетом
ядерных
изомеров
17
.
В природе распространен стабильный
59
Co
(100%). Искусственные
радионуклиды имеют различный период полураспада от часов до 5 лет c β и γ ти-
пом распада
.
Радиус
Co
2+
– 82,
Co
3+
– 64, атомный – 125,3 пм. Основная линия в
атомном спектре – 345,350 нм.
Кларк кобальта в земной коре – 2,0·10
–5
% (2,3
.
10
-3
),
почве – 1·10
–3
, золе
растений – 1,5·10
–3
%, речных водах –
0,2 мкг/л.
Характерна связь кобальта в минералах с
Fe, Ni, Ca, As.
В процессе кри-
сталлизации магмы он уходит в ликвационное отщепление сульфидов или в лету-
чие погоны, частично вместе с никелем удерживается в силикатах про-
токристаллизации. Поэтому его материнским источником считаются основные и
ультраосновные породы. Постмагматические месторождения связаны с умеренно
кислыми гранитоидами. Из магматических очагов выносится гидротермальными
растворами вместе с
в виде сульфидных, галоидных и мышьяковых ком-
плексов. В контактных пневматолитах обычно связывается с диоритами и грано-
диоритами. В гидротермальных дериватах магм он связан с кислой магмой вместе
208
с
As, Au, Ag, U, Bi, (Ni).
Концентрируется при метасоматозе основных пород с
карбонатами, магнетитом и сульфидами железа и меди.
В гипергенных условиях избирательно абсорбируется гелями и геохи-
мически связан с рудами никеля, марганца и железа.
терригенных лагунно-дельтовых отложениях. Крупные промышленные концен-
трации образуются в корах выветривания гипербазитовых массивов, где он ассо-
циирует с силикатными рудами
Крупномасштабные процессы концентрации
происходят на дне Мирового океана в кобальтоносных корках и железо-
марганцевых конкрециях. Отмечается некоторая концентрация в пиритах при ме-
таморфических процессах.
Известно около 40 минералов кобальта, из них 12 сульфидов, 8 оксидов, 8
фосфатов, 3 карбоната и 3 сульфата. Важнейшие из них: смальтит (
CoAs
2
), ко-
бальтин (
CoAsS
), линнеит (
Co
3
S
4
), кобальтистый петландит (
Fe, Ni, Co
)
9
S
8
.
Геохимические барьеры кобальта: кислородный, восстановительный серо-
водородный, термодинамический, сорбционный, щелочной. Элемент подвижный
и слабо подвижный в восстановительно-глеевой обстановке.
В организме человека содержится 1,5 мг кобальта, из них 50–100 мкг в ви-
тамине B
12
. Накапливается преимущественно в почках, печени, эндокринных же-
лезах, лимфатической системе, в крови – 0,07–0,6 мкмоль/л (40–350мкг/л). Суточ-
ное потребление с пищей – 0,3 мкг. Период полувыведения – 10 суток. Основное
поступление из говяжьей печени и почек (по 0,2мкг/г сухого вещества), рыбы
речной, фасоли, гороха, свеклы, салата, петрушки, малины, черной смородины,
зеленых листьев овощей.
Заболевания, вызванные недостатком кобальта: дегенерация центральной
и периферической нервной системы, дистрофия костей, усиление аллергии не-
медленного типа; пернициозная анемия (Аддисон-Бирмера).
Заболевания, вызванные избытком: гиперкератоз кожи, хронический брон-
хит, интерстициальный фиброз легких; гиперлипидемия, гипотония, кардиопатия
(использование до 1,5 мг/л хлористого кобальта для улучшения органолептиче-
ских свойств пива приводит к остановке сердца – при продолжающейся электри-
ческой деятельности проводящей системы сердца), полицитемия. Токсичная доза
500мг.
Используется
в керамике, для получения магнитных сплавов, катализа-
торов, художественных красок.
НИКЕЛЬ
Пластичный металл, устойчив к коррозии, не реагирует со щелочами и рас-
творяется в кислотах. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 14. В природе
распространен стабильный
58
Ni
(68,27%), искусственный радионуклид
59
Ni
с мак-
симальным периодом полураспада 7,6·10
4
лет c β и γ типом распада. Радиус
Ni
2+
–
78,
Ni
3+
– 62, атомный – 124,6 пм. Основная линия в атомном спектре – 341,476;
352,454 нм.
Кларк никеля в земной коре – 80·10
-4
% (7
.
10
-3
), кислых породах – 8·10
–4
,
основных – 1,6·10
–2
, ультраосновных – 2,2·10
–1
, почве 4·10
–3
, золе растений –
5·10
–3
%, речных водах – 0,3 мкг/л.
209
Устойчивость конфигурации и высокая поляризация никеля определяет его
геохимические свойства. Энергетически никель, кобальт, магний и железо (11)
близки между собой и взаимно замещаются.
Он практически полностью захватывается протовыделениями железа, по-
этому накапливается в глубинах земной коры. В земном ядре его примерно в 500
раз больше, чем в кремниевой оболочке земной коры. Если в магме обособляется
сульфидная часть, то никель почти полностью связывается с ней. Сульфиды ни-
келя выпадают в начальные фазы пневматолита и позднее.
Эндогенные концентрации связаны с базитовыми и гипербазитовыми маг-
мами подкоровых очагов. В ультраосновных породах никель связан с оливинами,
в которых он изоморфно замещает
, и его концентрации достигают иногда
0,4%. Никель характеризуется большим сродством c S, поэтому при достаточной
концентрации ее в магматическом расплаве он обособляется в виде сульфидов
вследствие ликвации расплава на силикатную и сульфидную фазы. Вместе с
Ni
в
. Вследствие этого образуют-
ся специфические по составу сульфидные медно-никлевые руды. Из гранитоид-
ных магм
Ni
иногда может выноситься гидротермальными растворами вместе с
и образовывавть жильные месторождения сульфидов и арсени-
дов.
Экзогенные концентрации отмечаются в корах выветривания, формирую-
щихся в массивах серпентинизированных гипербазитов. Никель накапливается в
виде гидросиликатов коллоидального типа, нередко связанных с высоким содер-
жанием магния, окислением и щелочной реакцией.
Известно 45 минералов никеля. Основные соединения: сульфиды (20), си-
ликаты (12), арсенаты (8), ванадаты (8).
Геохимические барьеры кобальта: восстановительный сероводородный,
термодинамический, сорбционный, щелочной. Мигрирует в кислых водах окисли-
тельной и восстановительно-глеевой обстановок.
В организме человека содержится 12 мг никеля: в крови – 80 мкг/л (плазма
и эритроциты – поровну); в печени и селезенке – по 20 мкг; в костном мозге – 30
мкг. Суточное потребление с пищей – 60–600 мкг. Период полувыведения – 350
суток. Токсичная доза – 50 мг.
Никель индуцирует синтез фосфатидилсерина (стабилизация мембран),
), тестостерона, гликогена; стимуляторов активности
макрофагов; активации аргиназы, кальмодулина, карбоксилазы, ацетил-СоА-
синтетазы, метилдегидрогеназы, альфа-амилазы, трипсина, АЛТ, АСТ, уреазы.
Ингибирует кислую фосфатазу, участвует в регуляции работы катехоламинов. В
растительных продуктах его больше, чем в продуктах животного происхождения.
Заболевания, вызванные недостатком никеля: гиперхолестеринемия, сни-
жение резервных запасов гликогена, анемия, атрофия семенников, задержка раз-
вития.
Заболевания, вызванные избытком: кератит, кератоконъюктивит, лейкома
(бельмо) роговицы, альвеолиты и бронхиолиты, коронароспазм, дуоденит, сниже-
ние иммунитета, повышение риска рака легких и почек.
Используется в сплавах, в металлических перекрытиях и катализаторах,
для изготовления монет.
210
МЕДЬ
Красноватый пластичный металл. Число изотопов с учетом ядерных изо-
меров 18. В природе распространены стабильные изотопы
63
Cu
и
65
Cu
(соответ-
ственно 69,17 и 30,83%). Искусственные радионуклиды
64
Cu
и
67
Cu
короткожи-
вущие (T
1/2
= 12,7 ч. и 61,9 ч. соответственно). Радиус Cu
+
– 96, Cu
2+
– 72, атомный
– 127 пм. Основные линии в атомном спектре – 324,754 (AA), 327,39 нм.
Кларк меди в земной коре – 5∙10
–3
% (5,3
.
10
-3
), в кислых породах – 1∙10
–3
,
в основных – 1∙10
-2
, почве – 2∙10
–3
, золе растений – 2∙10
–2
%, речных водах – 7
мкг/л.
В глубинных соединениях медь одновалентная, как в первичных суль-
фидах и куприте (
Cu
2
O
). Все остальные минералы отвечают валентности 2. Раз-
ноквантовый характер в строении двухвалентной меди типа купро ведет к высо-
кой поляризации и энергии решеток соединений, понижению растворимости при
осаждении гидратов, сильному поглощению абсорбентами, окраске комплексных
солей, увеличению летучести галоидных соединений, понижению твердости ми-
нералов. Для одновалентных соединений меди характерна слабая, для двухва-
лентных – сильная миграция ионов. Легко растворимы галоиды и сульфаты меди,
но ее осаждают ионы
CO
3
, SiO
4
, PO
4
, AsO
4
.
Медь легко отделяется от магмы при дифференциации основных пород.
При гидротермальном процессе главное осаждение меди происходит около 400 –
300
о
С. Эндогенные магматические концентрации связаны с основным (сульфид-
ные медно-никелевые, колчеданные) и кислым (скарновые, меднопорфировые)
магматизмом.
В гипергенной обстановке медь фиксируется преимущественно анионами
CO
3
, SiO
3
. Концентрации отмечены в зонах вторичного сульфидного обогащения,
а также в терригенных осадках лагунных и дельтовых фаций.
Известно более 170 минералов меди, из них преобладают сульфиды (47%),
фосфаты (35%), сульфаты (18%) и галоиды (18%). Промышленное значение име-
ют: самородная медь
Cu
(92%), халькопирит (
CuFeS
2
– 4,5%), борнит (
Cu
5
FeS
4
, –
63,3); халькозин (
CuS
2
– 79,8), кубанит (
CuFe
2
S
3
– 22-24), ковеллин (
CuS –
66,5),
куприт (
Cu
2
O –
88,8), малахит (
CuCO
3
.
Cu
(
OH
)
2
– 57,4), азурит (2
CuCO
3
.
Cu
(
OH
)
2
–
55,3%).
Геохимические барьеры меди: сорбционный, нейтральный, восстанови-
тельный, термодинамический. Хорошо мигрирует в кислых водах окислительной
и восстановительно-глеевой обстановок в форме комплексных соединений.
В организме человека содержится 72 мг меди: в печени – 30%, кости и
мышцы – 30%. Суточное потребление с пищей 2–6 мг. Период полувыведения –
30 суток. Токсичная доза – более 250 мг.
Медь занимает второе место после железа в качестве катализатора окисли-
тельно-восстановительных процессов, кроветворения (участвует в синтезе колла-
гена, эластина, гемоглобина); в фагоцитозе; коррегирует функции витаминов
A, B,
P, PP, C
; стабилизирует тиоловые группы. Голубая кровь с гемоцианином содер-
жит медь. Улучшает работу аминокислоты тирозина. Естественные источники:
телячья и баранья печень; эмментальский сыр, какао, пивные дрожжи, огурцы,
фундук, шиповник, устрицы, рыба, соя, чечевица. Чем больше меди в пище, тем