Металдар топырақта және өсімдіктерде


Металдар топырақта және өсімдіктерде 5
МЕТАЛДАР ҚОРЕКТІК ТІЗБЕКТЕ 6
Ауыр металдар 7
7.1. Ауыр металдар туралы түсінік, олардың қасиеттері мен таптастылуы(жіктелуі). 7
Қорғасынның әртүрлі қан фракциясындағы қатынас құрамы 10
Ауыр металдар иондарының кейбір қажетті функциялары 10
Металдардың молярлы уыттығы (Д.А. Кривошеин және т.б., 2000) 12
7.2 Қоршаған ортаға түсетін ауыр металдардың негізгі көздері. 12
7.2.1. Табиғи көздер. 12
7.2.2. ТЕХНОГЕНДІ КӨЗДЕР 15
7.3 Ауыр металдардың атмосферада таралуы 15
Ауыр металдардың атмосферада таралу түрлері 15
7.3.2. Ауыр металдардың атмосфералық химиясы. 18
7.3.3.Ауыр металдардың атмосферадан ағуы/ағымы. 22
7. 4. Топырақ пен топырақ компоненттеріндегі ауыр металдар 24
7.4.1.Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері және олардың табылу түрлері 24
7.4 сур. Қозғалғыш металдардың топырақта пайда болуы және олардың ландшафта қайта бөлісуі (Г.В. Мотузова, Н.Ю. Барсова,2002) 26
7.5 сур. Рb гидрокомплекстері мен Рb(ОН)2 ерігіштігі 31
7.4.2. Топырақ факторларының АМ таралуы мен мөлшеріне әсері. 32
7.7 сур. Қорғасынның бұрыл орман топырағы профилінде бөлінуі 32
1.фон учаскесі; 2.ластау көзқайнары маңында. 32
(И.Н. Лозановская,т.б.,1998) 32
[11] VIII топтың элементтері 40
Кобальт 40
никель 44
ҚОРЫТЫНДЫ 52
[12] Топырақ блоконосные табиғи дене, құрлықта тірі заттардың негізгі массасы шоғырланған. Ол үлкен көлемді геохимиялық жұмысты іске асырады, биосфера жағдайын теп – теңдікте ұстайды. Жер бетінің топырақ жағдайы олардың химиялық ластанумен жоғары қауіптілігін болжайды. Топырақтың табиғи ортасын қорға беретіндер қатары химиялық элементтердің техногенді прессинг, атмосфералық шөгумен түсу, құрғақ аэрозоль түрінде шөгуін, тыңайтқыш арқылы улыхимикаттармен келулерін сынап көреді. Химиялық ластағыш заттар көбінесе беткі, әсересе топырақтың экологиялық нәзік горизонтына негізгі масса болып түсуі. Топыраққа түскен техногенді химиялық заттардың тағдыры әртүрлі. Берілген биоклиматтық және топырақ – геохимиялық жағдайда көбінесе тұрақтысы аз жылжымалы жағдайда көбінесе тұрақтысы аз жылжымалы түрде болады (аккумуляция үрдісі). Басқалары химиялық алмасу қатарына шыдап және топырақтың органикалық және минералды қосылыстарымен реакцияға түсіп, оның қасиетін өзгертеді немесе қозғалмалы қосылыс түрін, топырақта сақтай түзеді және үйлесімді жағдайда биота үшін қолайлы болады. (трансформация үрдісі). Соңында, химиялық қосылыстың үшінші тобы - өте қозғалмалы, олар коллоидты немесе шынайы ерітінді жүзеді. Гумидті облыс топырағында топырақ қалыңдығы маңын шайып немесе жүйелі шаю режимін шығарады,жер суының деңгейіне жетіп ақырғы немесе жергілікті депрессияға беткі – бейімділік ағынымен жетіп ластайды және жергілікті ошақты қарқынды ластаудан ландшафтың геохимиялық тәуелді түйінін түзеді (шашырап түзеді).
Топырақ - өнеркәсіп орындарынан [3] шығатын улы заттарды бірқатар деңгейде залалсыздандыратын және сіңіретін өзіндік сүзгі болып табылады. Топырақта жүретін химиялық реакциялар мен микробиологиялық процестер улы қосылыстардың трансформациясы мен аз қозғалатын формада бекітілуін қамтамассыз етеді. Топырақта токсиканттар мен олардың минерал және органикалық компоненттері арасындағы өзара байланыс арқылы пайда болатын өзгеруіне әкеліп соғады. Сонымен қатар, топырақтағы заттардың микробиологиялық трансформация активтілігі өзгереді. Осындай өзгерістер нәтижесінде топырақтың өзі өсімдіктің өсіп, дамуы үшін улы орта болып қалыптасуы мүмкін, ол биосфераның басқа компонеттерін, яғни бірінші кезекте биотаны, жер беті, жер асты суларын, ауаның жер бетіне жақын қабатын өнеркәсіп қалдықтарымен ластаушы және олардың өнімдерін трансформациялаушы бірден-бір көзі болуы мүмкін.
Өнеркәсіп қалдықтары топыраққа атмосфералық жауын-шашынмен, шаң қалдықтарымен, келіп түсуі нәтижесінде және өсімдіктердің атмосферадан сіңіріп, оларда шоғырланып, шірінді арқылы берілуімен де жинақталады.
Сырттан әсер етуші факторлар – бұлар элементтер миграциясы жүретін жағдайлар: температура, ылғалдылық, рН мөлшері, иондық потнециал мөлшері, органикалық заттың құрамы және т.т. болып табылады.
Топырақ құраушы жыныстар ауыр металдарды сулы ерітінділерден сорбция және адсорбция процестері нәтижесінде жинақтайды. Топырақ қабатындағы ауыр металдардың миграциясы мен жинақталуын қараған кезде геохимиялық барьер ұғымы енгізіледі.
Бұл терминді Перельман жер бетіндегі аз қашықтықта химиялық элементтердің миграциясының күрт азайып, соның әсерінен олардың концентарциялануы (аккумуляциясы) жүретін аймақты атауды ұсынды. Бұндай геохимиялық барьерлер, ландшафтар мен топырақтар және біртұтастар биосфераға да тән. Олар ерітінділердің субвертикалық қозғалысы (жоғарыдан төмен және төменнен жоғары) және заттардың жан-жаққа қозғалысы кезінде пайда болады.
Топырақтың жоғары қабатына техногенез өнімдірінің таралу сипаты тек геохимиялық факторлар ғана емес, ол бірқатар ластану көздерінің топографиялық және метеорологиялық ерекшеліктеріне де тәуелді екені көрсетіледі. Техногенез өнімдерінің жер бетіне таралуына макро- және мезорельеф, өсімдіктер түрлері мен топырақтың ендік ерекшеліктері де біршама әсер етеді. Техногенез өнімдері топырақ қасиеттері әжептәуір

Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Материал
Көлемі: 51 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге




СОДЕРЖАНИЕ

Металдар топырақта және өсімдіктерде 5
МЕТАЛДАР ҚОРЕКТІК ТІЗБЕКТЕ 6
Ауыр металдар 7
7.1. Ауыр металдар туралы түсінік, олардың қасиеттері мен
таптастылуы(жіктелуі). 7
Қорғасынның әртүрлі қан фракциясындағы қатынас құрамы 10
Ауыр металдар иондарының кейбір қажетті функциялары 10
Металдардың молярлы уыттығы (Д.А. Кривошеин және т.б., 2000) 12
7.2 Қоршаған ортаға түсетін ауыр металдардың негізгі көздері. 12
7.2.1. Табиғи көздер. 12
7.2.2. ТЕХНОГЕНДІ КӨЗДЕР 15
7.3 Ауыр металдардың атмосферада таралуы 15
Ауыр металдардың атмосферада таралу түрлері 15
7.3.2. Ауыр металдардың атмосфералық химиясы. 18
7.3.3.Ауыр металдардың атмосферадан ағуыағымы. 22
7. 4. Топырақ пен топырақ компоненттеріндегі ауыр металдар 24
7.4.1.Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері және олардың табылу түрлері 24
7.4 сур. Қозғалғыш металдардың топырақта пайда болуы және олардың ландшафта
қайта бөлісуі (Г.В. Мотузова, Н.Ю. Барсова,2002) 26
7.5 сур. Рb гидрокомплекстері мен Рb(ОН)2 ерігіштігі 31
7.4.2. Топырақ факторларының АМ таралуы мен мөлшеріне әсері. 32
7.7 сур. Қорғасынның бұрыл орман топырағы профилінде бөлінуі 32
1-фон учаскесі; 2-ластау көзқайнары маңында. 32
(И.Н. Лозановская,т.б.,1998) 32
[11] VIII топтың элементтері 40
Кобальт 40
никель 44
ҚОРЫТЫНДЫ 52

[12] Топырақ блоконосные табиғи дене, құрлықта тірі заттардың негізгі
массасы шоғырланған. Ол үлкен көлемді геохимиялық жұмысты іске асырады,
биосфера жағдайын теп – теңдікте ұстайды. Жер бетінің топырақ жағдайы
олардың химиялық ластанумен жоғары қауіптілігін болжайды. Топырақтың табиғи
ортасын қорға беретіндер қатары химиялық элементтердің техногенді прессинг,
атмосфералық шөгумен түсу, құрғақ аэрозоль түрінде шөгуін, тыңайтқыш арқылы
улыхимикаттармен келулерін сынап көреді. Химиялық ластағыш заттар көбінесе
беткі, әсересе топырақтың экологиялық нәзік горизонтына негізгі масса болып
түсуі. Топыраққа түскен техногенді химиялық заттардың тағдыры әртүрлі.
Берілген биоклиматтық және топырақ – геохимиялық жағдайда көбінесе
тұрақтысы аз жылжымалы жағдайда көбінесе тұрақтысы аз жылжымалы түрде
болады (аккумуляция үрдісі). Басқалары химиялық алмасу қатарына шыдап және
топырақтың органикалық және минералды қосылыстарымен реакцияға түсіп, оның
қасиетін өзгертеді немесе қозғалмалы қосылыс түрін, топырақта сақтай түзеді
және үйлесімді жағдайда биота үшін қолайлы болады. (трансформация үрдісі).
Соңында, химиялық қосылыстың үшінші тобы - өте қозғалмалы, олар коллоидты
немесе шынайы ерітінді жүзеді. Гумидті облыс топырағында топырақ қалыңдығы
маңын шайып немесе жүйелі шаю режимін шығарады,жер суының деңгейіне жетіп
ақырғы немесе жергілікті депрессияға беткі – бейімділік ағынымен жетіп
ластайды және жергілікті ошақты қарқынды ластаудан ландшафтың геохимиялық
тәуелді түйінін түзеді (шашырап түзеді).
Топырақ - өнеркәсіп орындарынан [3] шығатын улы заттарды бірқатар
деңгейде залалсыздандыратын және сіңіретін өзіндік сүзгі болып табылады.
Топырақта жүретін химиялық реакциялар мен микробиологиялық процестер улы
қосылыстардың трансформациясы мен аз қозғалатын формада бекітілуін
қамтамассыз етеді. Топырақта токсиканттар мен олардың минерал және
органикалық компоненттері арасындағы өзара байланыс арқылы пайда болатын
өзгеруіне әкеліп соғады. Сонымен қатар, топырақтағы заттардың
микробиологиялық трансформация активтілігі өзгереді. Осындай өзгерістер
нәтижесінде топырақтың өзі өсімдіктің өсіп, дамуы үшін улы орта болып
қалыптасуы мүмкін, ол биосфераның басқа компонеттерін, яғни бірінші кезекте
биотаны, жер беті, жер асты суларын, ауаның жер бетіне жақын қабатын
өнеркәсіп қалдықтарымен ластаушы және олардың өнімдерін трансформациялаушы
бірден-бір көзі болуы мүмкін.
Өнеркәсіп қалдықтары топыраққа атмосфералық жауын-шашынмен, шаң
қалдықтарымен, келіп түсуі нәтижесінде және өсімдіктердің атмосферадан
сіңіріп, оларда шоғырланып, шірінді арқылы берілуімен де жинақталады.
Сырттан әсер етуші факторлар – бұлар элементтер миграциясы жүретін
жағдайлар: температура, ылғалдылық, рН мөлшері, иондық потнециал мөлшері,
органикалық заттың құрамы және т.т. болып табылады.
Топырақ құраушы жыныстар ауыр металдарды сулы ерітінділерден сорбция
және адсорбция процестері нәтижесінде жинақтайды. Топырақ қабатындағы ауыр
металдардың миграциясы мен жинақталуын қараған кезде геохимиялық барьер
ұғымы енгізіледі.
Бұл терминді Перельман жер бетіндегі аз қашықтықта химиялық
элементтердің миграциясының күрт азайып, соның әсерінен олардың
концентарциялануы (аккумуляциясы) жүретін аймақты атауды ұсынды. Бұндай
геохимиялық барьерлер, ландшафтар мен топырақтар және біртұтастар
биосфераға да тән. Олар ерітінділердің субвертикалық қозғалысы (жоғарыдан
төмен және төменнен жоғары) және заттардың жан-жаққа қозғалысы кезінде
пайда болады.
Топырақтың жоғары қабатына техногенез өнімдірінің таралу сипаты тек
геохимиялық факторлар ғана емес, ол бірқатар ластану көздерінің
топографиялық және метеорологиялық ерекшеліктеріне де тәуелді екені
көрсетіледі. Техногенез өнімдерінің жер бетіне таралуына макро- және
мезорельеф, өсімдіктер түрлері мен топырақтың ендік ерекшеліктері де
біршама әсер етеді. Техногенез өнімдері топырақ қасиеттері әжептәуір
өзгеріп, элементтер миграциясына әсе етеді. Топырақтың рН ортасы өзгереді,
сіңіру комплексі бұзылады және т.т.
Осыған байланысты топырақтың физикалық қасиеттері өзгеріп, өсімдіктер
зардап шегеді де, делювиальды процесс пен топырақ эрозиясының күшеюіне
әкеліп соғады. Ластанған топырақ өзіндік құрамы жоғалтады, су өткізгіштік
қабілеті төмендейді, топырақтың су-ауа режимі нашарлайды. Кейбір
жағдайларда көп жылдар бойы атмосферадан келіп түскен ластаушы заттар
әсерінен топырақтың жоғары қабаты аэрозольдардың шаңды түйіршіктері, күл,
шлак аралас қоспа түрінде қалыптасады.
Осылайша геохимиялық провинциялар, облыстар, аномалиялар пайда
болады, олар миграцияланатын қосылыстардың белгілі бір құрамымен, ота
реакциясының жағдайларымен және тотығу-тотықсыздану режимімен, жиналуымен
немесе ауыр металдардың шығуымен сипатталады.
Қоршаған ортаның қорғаудың маңызды моменті және ауыр металдардың
экологиялық сипаттамаларының біреуі болып олардың топырақтағы қалыпты
(фонды) құрамы мен оның мүмкін техногенді өзгерістері болып табылады, бұл
топырақ қабатының жағдайына бақылау жасауға, оның ауыр металдар мен ластану
деңгейі және қарқынын анықтауға мүмкіндік береді.
Көбіне, топырақтың қалыпты жағдайдағы ауыр металдар құрамының маңызын
айтқанда, оның жоғары тамыр ұстайтын қабатындағы құрамын түсінуге болады (0-
10, 0-20 см). Көптеген металдар негізінен сол қабатта жинақталған және
органикалық заттың құрамымен корреляциялана отырып, онымен өзара
байланысады.
Литосферадағы әртүрлі химиялық элементтердің сандық құрамы алғашқы
рет 1909 жылы Ф. Кларк анықтаған болатын. Олардың орташа мәні кларкты мәні
немесе кларк деп аталатын болды. Жер қыртысындағы элементтің орташа мөлшері
пайызбен беріле отырып (кларктер), әртүрлі тау жыныстарындағы, сулардағы,
тірі заттағы, ауадағы химиялық элементтердің құрамын онымен салыстыру үшін
абсолютті эталон болып табылады.
Көптеген зерттеулер көрсеткендей топырақтың ауыр металдармен
техногенді ластануларының сапалы және сандық сипаттамаларының ластаушы
көздер мен олардың ара қашықтығына байланысты болады.
3 – кестеде Ақтөбе қаласының төңірегіндегі ауыр металдардың
топырақтағы таралу бағыты мен қашықтығына байланысты құрамы көрсетілді.
Ластаушыладың ішіндегі приоритеттілері қорғасын, никель, хром, цинк екені
және ластау көзінен қашықтаған сайын олардың топырақтағы құрамының да
азаятынын көруге болады.
3 – кесте. Ақтөбе қаласы төңіректеріндегі ауыр металдардың
топырақтағы құрамы (мкгг)
Сы Бағы Қашық
нама ты тығы Мыс Мырыш Хром Никель Қорғасын
км
* **
Na- Na+ 100 г 141 мМ 1-3 г
K+ K+ 140 г 4мМ 2-5 г
Mg2+ Mg2+ 25 г 0,9 мМ 0,7 г
Ca2+ Ca2+ 1100 г 1,3 мМ 0,8 г
Cr3+ Cr(OH)+2 6 мг 0,5 мкМ 0,1 мг
Mo6+ MoO2-4 9 мг - 0,3 мг
Mn2+ Mn2+ 12 мг 1 мкМ 44 мг
Fe3+ FeO(OH)↓ 4-5 г 20 мкМ 10-20 мг
Fe2+ Fe2+ 4-5 г 20 мкМ 10-20 мг
Co2+ Co2+ 1 мг 0,5 мкМ 3 мкг*
Ni2+ Ni2+ 10 мг 0,05 мкМ -
Cu2+ CuO↓ 0,1 г 19 мкМ 3 мг
Zn2+ Zn2+ 2 г 46 мкМ 15 мг

* В12 дәрумені
Бұл кестеде берілген металл иондарының формалары рН=7 болғанда қан
плазмасында ағза лигандалармен әрекеттесіп кеткенге дейін жүретіндігі
көрсетілген. Темір және мыс ҒеО(ОН) және СuO формасында плазмада
кездеспейтінін айта кету керек, себебі Ғе3+, Сu2+ сияқты кезінде ақуыз
макромолекулаларымен бірден комплекс түзеді.
Ондай химиялық улы заттар (қорғасын тәрізді) ағзаға тағам арқылы,
көбінесе Pb2+ ІІ валентті, аздап Pb4+ ІV валентті түрінде кездеседі.
Қорғасын негізінен эритроциттерде (94 % - ке дейін) атап айтқанда
гемоглобиндегі олардың фракциясында (80 % - ке дейін) кездеседі.
7.1 – сурет

Қорғасынның әртүрлі қан фракциясындағы қатынас құрамы

(С.Л. Давыдова, В.И. Тагасов, 2002)

Альбуминдер (4%)
Ақуыздар (4,5%)

Плазма(6%)
Глобулиндер (0,5%)
Тұтас қан Майлар (1,3%)
(100 %)
Карбоксилаттар (9,5%)
Мембраналар(14%)
Эритроциттер
Сульфгидридтер (2,5%)
(94%)

Гемоглобин (80%)
Фосфолипидтер (2%)

Ауыр металдардың қоршаған ортада таралуының екі аспектісі бар:
экотоксикологиялық және биохимиялық (физиологиялық).
Жоғары концентрацияда ауыр металдар қоршаған ортаның объектілерінің
ластануын тудырады, экожүйеге зиянды әсерін тигізеді, ал аз мөлшерде зат
алмасу үрдістерінде және де ағзалар өмірі үшін маңызы бар микроэлемент
ретінде үлкен рөл атқарады.
Ауыр металдардың қажетті иондарының кейбір қосымша функциялары 7.3
кестеде көрсетілген.
7,3 кесте

Ауыр металдар иондарының кейбір қажетті функциялары

(С.Л. Давыдова, В.И. Тагасов, 2002)
Элемент Функциялары(қызметтері)
V Азот фиксациясы; эфир айналуындағы тотығу-тотықсыздану
катализі; темір метобализмі
Cr Жануарлар ағзасында инсулин кофакторы (толеранттылықтың
глюкозалы факторы)
Mn Тотығу-тотықсыздану реакциялары; фотосинтезде фотожүйе-2;
диатомеядағы майлардың метаболизмі; мукополисахаидтер,
олардың шеміршектегі синтезі
Fe О2 метаболизмі, көптеген үрдістерге фундаментальды Ғе (ІІ)
Ғе (ІІІ) қайтымды реакциялары, оксидаза, пероксидазалардың
соңғылары; порфиринді, гемоглобинде және миогемоглобинде
синтездеу үшін қажет
Co В12 дәруменінің құрамында; көк жасыл балдырларда азотты
фиксациялау, метилдеу үшін қажет
Ni Уреаза құрамында; РНҚ мен ДНҚ құрылысын және рибосома
құрылысын тұрақтандырады
Cu Хлоропласттардың (пластоцианин) тотығу-тотықсыздану
жүйесінде; аскорбат- және полифенолоксидазада, фенол
қосылыстарының метаболизміне қатысады; дақтардың түзілуінде
және коллагенді тігу реакциясында О2 тасымалдаушы болады
Zn Карбоангидраза, дегидрогеназа, сілтілі фосфатазаны қоса, 70
мырышқұрамдас белгілі ферменттердің құрамына кіреді;
Силикаттарды меңгеруде, нуклеин қышқылдарының метаболизміне
және жасушаның бөлінуіне қатысады
Mo Нитратредуктазаның, альдегидоксидазаның құрамында; мыстың
антагонисті
Sn Қызметтері әлі белгісіз

Ауыр металдардың осындай екі қасиет көрсетуін кейбір металдар
мысалымен көрсетуге болады. Мысалы, ванадийдің барлық қосылыстары улы.
Бірақ кейінгі уақытта оның терапевтік әсері белгілі. Осы металдардың
қарапайым тұздарының бірі ванадий сульфаты − VOSO4 қант диабетімен ауыратын
науқастардың өмірін жеңілдететін қасиетін тапты. Құрамында ванадий, селен,
хром және С дәрумені бар жаңа бейорганикалық үстеме, диабеттегі
асқынулардың аздап немесе толық бетін қайтаруға қабілетті.
Хром өте аз следовых мөлшерінде инсулин жүйесіне қатысады – қандағы
глюкозаны реттейді, ағзадағы майда пайдаланушы ролін атқарады, оны жағады.
Хромның жетіспеуі диабет ауруына шалдықтыратыны (күнделікті минималды
дозасы 50 мкг) белгілі. Бірақ барлық ауыр металдар тәрізді хром да – у.
Кейінгі кездегі зерттеу көрсеткіші бойынша мырыш протеин синтездеу үшін
және жараны жазуға қажетті антиоксидан тәрізді әсер етеді. Ол репродуктивті
органның дамуы үшін қажетті 30 – дан астам энзим әрекетімен байланысты.
Мырыш тұмау тудыратын риновирустармен байланысуға қабілетті және де олардың
көбеюіне жол бермейді.
Ішкі себептерден пайда болатын онкопотологияны көбінесе рационда микро
- , макроэлементтердің жетіспеушілігіне сілтеме жасайды. Селен және басқа
да микроэлементтер радиацияның үлкен дозалары туғызатын ауруларға қарсы
жалпы резистентноты ған жоғарылатып қоймай, сонымен қатар ауруға қарсы тұру
мүмкіндігін арттырады, ісіктің жайылып кетуіне жол бермейді, олардың
көбеюін бәсеңдетеді, орташа өмір сүру ұзақтығын жоғарылатады. Егер тағамға
селен, яғни хлорелланың арнайы штамы ламинариядан жасалған ұнтақты қосса,
онда сәулемен емдеу көрсеткіштері айтарлықтай төмендейді. Мысалы, ликемия
үшін – 1,5 – 2,5 есеге.
Ауыр металдардың улылылығы тура және жанама болуы мүмкін. Бірінші
жағдайда фермент қатысындағы реакциялар одақтасып, оның каталитикалық
әсерінің төмендеуіне немесе тоқтауына алып келеді (7.4 – кесте). Жанама
әсер қоректік заттарды қол жетпейтін жағдайға жеткізіп, аш ортаның
қалыптастырғанда көрінеді.
7.4 кесте
Кейбір энзимдер құрамына кіретін ауыр металдар және олардың ауысуындағы
задаптар (Williams, 1967)
Алғашқы металдың орнын баса алатын және
Алғашқы металл осыдан ферменттің күшті әсерін байқайтын
Энзимдер металдар
азаюы толық аяқталуы
Декарбоксилаза Mn Mg Co, Ni, Zn
Энолаза Mn Mg, Zn, Fe, Co, Ni Bе, Cu
АТФ-аза Mn Mg, Ni, Zn Cu, Hg, Pb
Аргининаза Mn Ni, Co, Cu
Карбоксилаза, Zn Co, Ni, Mn Cu, Cd, Hg, Pb
пептидаза
Дегидрогеназа Zn Co, Ni, Mn Cu, Cd, Hg, Pb
Трансфераза Fe - Cu, Cr, Mn

Барлық ауыр металдар биота үшін бірдей қауіп төндірмейді. Өзінің
улылығына, табиғатта таралуына, қорек тізбегінде жинақталу мүмкіндігіне
биосфераны ластайтын, бірінші кезекті бақылауды қажет ететін оннан астам
элементтерге ерекше назар ауды. Олар: сынап, қорғасын, кадмий,
мышьяк(күшәла), мыс, ванадий, қалайы, мырыш, сүрме, молибден, кобальт,
никельді жатқызады. Қауіптілік дәрежесі бойынша оларды үш класқа бөледі:
I класс – II класс – III класс –
өте улы улы әлсіз улы
Кадмий (Cd) Бор (B) Барий (Ba)
Мышьяк (күшәла) (As) Кобальт (Co) Ванадий (V)
Қорғасын (Pb) Мыс (Cu) Вольфрам (W)
Сынап (Hg) Молибден (Mo) Марганец (Mn)
Селен (Se) Никель (Ni)
Мырыш (Zn) Сурьма(сүрме) (Sb) Стронций (Sr)
Хром (Cr)

Алайда табиғатта улы немесе улы емес химиялық элемент жоқ, дегенмен улы
немесе улы емес концентрация бар. Химиялық элементтің концентрациясы
қоршаған ортада олардың экологиялық топтасуын анықтауда үлкен роль
атқарады.
Қоршаған орта үшін қауіпті болатын ауыр металдардың мөлшері атмосфера
немесе гидросфераның олармен ластану дәрежесіне ғана емес, сонымен бірге
ингредиенттің химиялық ерекшелігіне, олардың биохимиялық циклдерінің
бөлшектеріне де тәуелді. Ауыр металдардың токсикологиялық дәрежесінің әр
ағзаларға әсерін салыстыру үшін улылықтың бірнеше түрі негізделген молярлы
улылық ұғымын қолданады. Ол металдардың молярлы көлемінің артатынын,
минималды молярлы мөлшеріндегі улылық эффектісін көрсетуге қажет, улылығы
жоғары металдарға жататындығын анықтайды (7.5 кесте)
7.5 кесте

Металдардың молярлы уыттығы (Д.А. Кривошеин және т.б., 2000)

Ағзалар Улылық қатары
Балдырлар HgCuCdFeCrZnCoMn
Саңырауқұлақтар AgHgCuCdCrNiPbCoZnFe
Гүлдегіш өсімдіктер HgPbCuCdCr NiZn
Сақиналы құрттар HgCuZnPbCd
Балықтар AgHgCuPbCdAlZnNiCrCoMn Sr
Сүтқоректілер Ag, Hg, CdCu, Pb, Co, Sn, BeMn, Zn, Ni, Fe,
CrSrCs, Li, Al

7.2 Қоршаған ортаға түсетін ауыр металдардың негізгі көздері.

Ауыр металдардың қоршаған ортаға түсуінің табиғи және техногенді
көздерін ажыратады.

7.2.1. Табиғи көздер.

Ауыр металдардың табиғи көзіне бірінші кезекті тау жыныстарын
(шөгінділер, магмалық, меторфикалық (меторфические), топырақ қабаты
түзілген желден бұзылған өнімдері жатады. Сонымен қоса ауыр металдарға
жоғары мантия базальталар және граниттер бірінші, ал шөгу өнімдері, мұхит
сулары, ғаламшарладың тірі ағзалары – екінші көзі ретінде есептеліп отыр.
Сонымен бірге ауыр металдардың таралуының табиғи көзіне термологиялық
(термальные) су және тұздықтар, космостық және метеорикалық (метеоритный)
шаң, жанартау газдары, орман өрттері, теңіз суларының диспергерленуі,
кейбір биологиялық үрдістер және тағы сол сияқты үрдістер жатады.
Кейбір ауыр металдардың табиғи глобальді бөлінуі (7.6 кестеде)
көрсетілген.

7.6. кесте
Ауыр металдардың табиғи көздерден глобальді бөлінуі, жылына мың т. (IPCS
бойынша (International Programme on Chemical Safety). Environmental Health
Criteria, 1992)
Hg Pb Cd As
Табиғи көздер 1 2 1
Қосылыс түрі мгг % мгг % мгг %
Ауыр металдың жалпы 232 100 335 100 21,6 100
құрамы
Соның ішінде құрамда:
оксидтер 200 86,2 295 88 15,4 71,3
сульфидтер 18 7,8 29 8,7 0,4 1,8
суда ерітетін(ерігіш)
фракциялар 3 1,3 0 0 5,8 26,9
қалдық 11 4,7 11 3,3 0 0

218 бет Көмір мен мұнайды жағатын электростанциялар
231бет

7.3 Ауыр металдардың атмосферада таралуы

Ауыр металдардың атмосферада таралу түрлері

Осы элементтердің қоршаған ортаға экологиялық әсер ету дәрежесі осы
элементтердің физика-химиялық жағдайына, сонымен қатар олардың атмосферада
ары қарай өзгеруіне байланысты. Элементтердің атмосферада таралу уақытын,
аэрозольдердің баю процестерін, ерігіштігін, ауыр металдардың атмосферада
таралу химиялық түрлерін анықтайтын, құрамында металы бар аэрозольдердің
мөлшері ерекше орын алады. Атмосфераға ауыр металдардың лақтырылуын
тудыратын өнеркәсіп процестерінің көбі жоғары температуралы болып келеді,
ауыр металдардың едәуір бөлігі олардың ұшқыштығы арқылы атмосфераға
газтектес немесе ұсақ дисперсті түрде түседі. Ірірек бөлшектерінің мөлшері
5-10 мкм асатын, құрамында металы бар аэрозольдер ішінара алтын -және шаң
ұстайтын жабдықтармен шығарылады. Бірақ, атмосфераға түскенде де ірі шаң
бөлшектері алыс аралыққа апарылмайды да, ауыр күші ықпалымен көздердің
қасында шөгеді. Олар жергілікті деңгейде теріс ықпал ететіні сөзсіз, алайда
атмосфераны ғаламдық немесе аймақтық ластау тұрғыдан қызығушылық
білдірмейді.
Металдардың жоғары температуралы эмиссиясы кезінде өтетін физикалық
процестер зерттеулері бойынша келесі тұжырым жасауға болады: бастапқы ауыр
металдардың көбі атмосфераға бу немесе мөлшері 0,015-0,05 мкм бөлшектер
түрінде түседі. Ауамен байланысқанда осы бөлшектер тез өсе бастайды да,
бір сағат ішінде олардың бір бөлігі 0,5 мкм мөлшеріне дейін іріленеді, одан
соң өсуі бірте-бірте тоқтайды. Осы уақыт мөлшерінде аэрозольдердің металға
баюы қарқынды өтіп жатады, өйткені шаң-газ лақтырыстары салқындаған сайын
ауыр металдардың ұшқыш қосылыстарының қатты бөлшектер бетіне конденсациясы
өтеді, олардың көбі осы элементтерден тұрады. Максималды үлес беті бар, ең
ұсақ аэрозольдер ауыр металдарға ең күшті байыған. Жанармай мен қатты
қалдықтар жанғанда пайда болған ұшқыштық күл талдауы ауыр металдар
концентрациясы алғашқы жағылған шикізатпен салыстырса - бірнеше есе көбеюін
көрсетеді.
Металы бар аэрозольдердің дисперс құрамын зерттеуі бойынша келесі
қорытынды жасауға болады: субмикрон мөлшерлі аэрозольдердің үлесі ластау
көздерінен алыстаған сайын өсе бастайды, кейбір бағалау бойынша фон
аудандарында ауыр металдардың 95 пайызға дейін мөлшері 1 мкм аз
аэрозольдермен ассоциаланады. 232бет
7.22 кесте
Құрамында металы бар аэрозольдердің әртүрлі аудандар атмосферасындағы
модаль диаметрі (мкм)
(С.Г. Малахов және т. б., 1990)
Сынама сұрыптау орны
Элемент өндіріс лақтырындары өндіріс фон
(мыс балқыту зауыты) аудандары аудандары
Pb 0,7-1,9 0,3-1,0 0,25-0,9
Cd 0,7-5,3 0,9-3,2 0,3-0,7
Cu 4,4-9,0 0,5-5,8 0,4-0,9
Fe 9,0 1,2-9,5 0,7-4
Mn 4,2-5,0 0,8-4,2 0,8-4
Zn 0,8-6,6 0,5-1,7 0,4-0,8
Ni 9 1,0-9 0,6
Co - 1,5-4,5 0,2-1,5
As - 0,55-1,9 0,3-0,5
Se 0,7-1,0 0,5-1,0 0,3-0,4
Sb - 0,6-1,2 0,3

Әртүрлі биіктікте (50 м–ден 15 км-ге дейін) алынған ауа
сынамаларында ауыр металдардың негізгі массасы Жер бетіндегі бір шақырым
қабатында табылады, одан жоғары концентрациясы бір-екі қатар азаяды.
Мұхиттар мен континенттер үсті жағындағы элементтер құрамы мен
таралымы бірдей емес. Ауыр металдар концентрациясы (нгм3) өндіріс
әсерінен еркін, континентальді облыстардың жер маңы ауа қабаты үсті
кеңістікте келесі қатар алып отырады деп саналады:
n·10: ZnCuMnCrPbVNiAs;
n: CdSeCo; Hg – 1-2; Sb –шамамен 1; Sc -0,1-1,0.
Сондықтан, аталған металдар құрамы ауа бағанасы биіктігі 1км,
құрғақ үсті 1км2 болса, 1-ден n·10-9 гм3 · 10-9 м3, яғни 1-ден n·10 г
болады. Сонымен, континент үсті ауаның шақырым қабатында металл мен
мышьяктың(күшәланың) мыңдаған тонналары, селен, сынап, сүрменің жүздеген
тонналары жайылған. Экологиялық тұрғыдан, құрамында металы бар
бөлшектерінің мөлшері ғана емес, атмосферадағы ауыр металдар
қосылыстарының ерігіштігі де үлкен роль ойнайды. Жеңіл еритін, қозғалғыш
түрдегі ауыр металдар жер бетіне түскенде миграциялық процестерге белсенді
кіріседі де, тірі ағзалармен жеңіл игереледі. Фон аудандағы топырақ,
өсімдік пен су қоймаларының ластауы атмосфера арқылы өтеді, сондықтан
аэрозольдер мен атмосфералық жауын- шашындағы ауыр металдардың
қозғалғыштық түрлерінің мөлшерін бағалау өндірістік аудандарда да,
алыстағы ауыл мекендерінде де ерекше қызуғышылық. 233 бет
Осындай зерттеулерді қорыта отырып, келесі қорытынды шығаруға болады:
суда ауыр металдардың көбі атмосфераға лақтырылған соң ерімейтін түрлерде
орналасады. Еритін және ерімейтін түрлерінің ара қатынасы нақты элементтің
табиғаты мен антропогенді көзқайнар (7.23) пішініне байланысты. Мысалы,
металдар атмосфераға түрлі-түсті металдар кәсіпорындардың лақтырыстарымен
ерімеген түрде түседі, ал жанармай жанғанда немесе қалалық қалдықтарда суда
ерімейтін түрлері үлесі ондаған пайызға дейін өседі. Ауыр металдардың
осындай айырмашылығы түсінікті. Ол өндірістік лақтырыстардың химиялық және
дисперс құрамындағы айырмашылығымен байланысты. Мысалы, жанармай жаққанда
және кенді қайта өндеу кезіндегі атмосфераға түскен сынап негізінен, суда
аз еритін, элементарлы болады. Бірақ, қоқыс жағу пештері жұмыс істеген
кезде, сынап атмосфераға суда жақсы еритін, еківалентті түрде түседі.
234бет
7.23 кесте
Ауыр металдың суға ерімтал түрлерінің жауын - шашындар мен суммарлы
түсулердегі үлесі (%). (Э.Н. Махонько және т. б.,1980)
Сынама Ластаушы Түсу Cu Ni Pb
сұрыптау көздерден түрлері
ауданы түсетін ара
қашықтық
Антарктида соммарлы 100 100 100
түсу
Крымның тұнбалар 51 38 40
оңтүстік
жағалауы
Усть-Вымь тұнбалар 66 35 4,2
Металлургия 0-2 соммарлы 2,5 1,4 0,1
кәсіпорны 2-10 түсу 6,2 3,1 4,8
(г.Череповец)10-50 13 11 5,2
Химиялық 50-80 15 17 8,1
кәсіпорны (г.0-5 соммарлы 16 35 48
Усолье-Сибирс5-10 түсу 32 63 76
кое) 10-15 33 77 93
ГРЭС 0-5 47 1,1 45
5-10 соммарлы 50 4,7 62
10-15 түсу 74 5,0 62
15-25 75 13 62

Әрине, құрамында металы бар аэрозольдердің ерігіштігі олардың дисперс
құрамына байланысты болады: бөлшектері аз болған сайын, олар ерігіштікке
үлкен мүмкіндік білдіреді. Өндіріс көзқайнардан алыстаған сайын, құрамында
металы бар аэрозольдердің ерігіштігінің өсуі, олардың дисперс құрамының
өзгеруімен түсіндіріледі. Егер, өндіріс орындары маңында ауыр металдардың
суға еритін түрлерінің үлесі аз пайыз болса, қала маңында -10-30 пайыз,
алыстау аудандарда -60-80 пайызға дейін өседі, ал Антарктикада ауыр
металдардың барлығында еритін түрде толық орналасады.(7.23.кесте)
Ал эмиссия көзқайнарынан алыстаған сайын аэрозольдер ерігіштігінің
өсуі атмосферада ауыр металдар қатысы бар химиялық айналумен байланыстыруға
болады. Ауыр металдардың ерімейтін түрлері аэрозольдер бетінде орналасқан
күшті қышқылдармен (мысалы, H2SO4) байланысы арқылы ерігіштікке айнала
алады. Нәтижесінде суда еритін қосындысы пайда болатын кейбір металдар,
атмосферадағы тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысады. Негізінде өзінің
элементарлы суға ерімейтін түрінде атмосферада таралған сынапты – осыған
ең көрнекі мысал ретінде келтіруге болады. Бірақ, әртүрлі тотықтырғыш
(мысалы, озон) әсерімен ол еківалентті түрге дейін тотығуы мүмкін. Hg
қосындысы суда ериді де жауын-шашындармен жеңіл жуылып шығады.
Жоғарыда айтылғандай, қоршаған ортаға экологиялық әсер ету тұрғысынан
қарастырылып отырған фон аудандағы элементтердің суға еритін түрлері үлесін
анықтау - үлкен көңіл бөлуді қажет етеді.Ауыр металдар арасында ең көп
еритін кадмий қосындысы болып келеді. Суда ерімейтін металлургия
кәсіпорынның седиментациялық шаңының өзінде суға ерітін кадмий үлесі 2
пайыз (салыстыру үшін Рb-0,04, Zn-0,02) Ф.Я. Ровинский, т.б.(1987) бағалауы
бойынша, фон аудандарының атмосфералық жауын-шашындарындағы суда еритін
түрлері: кобальт үшін-80%, хром-80-95%, мыс-40-80%, никель-80%, ванадий-
60%, мырыш-80-100%, сүрме -60-70% және селен-80-100% болып келеді.
Сонымен, алыстағы аудандар жер бетіне түсетін металдардың көбі-
биологиялық белсенді, қозғалғыштық түрде таралады, сондықтан олар
миграциялық процестерге жеңіл кірісіп, биотаға теріс ықпал етеді.
Сынаптың ауыр металдардың көбісінен айырмашылығы - атмосферада
газтектес қалпында, негізінде суда аз ерітін Hg0 түрінде кездеседі. Осыған
сәйкес, сынаптың басыңқы үлесі фон аудандарында да ерімейтін түрінде
орналасады. Швеция ауыл аудандары ауасындағы суда еритін және ерімейтін
сынап қосындысының ара қатынасын зерттегенде, қыста ерігіш газтектес сынап
ауаның жалпы мөлшерінен 5-10% құрады, жазда - оның үлесі одан да төмен
екені анықталды. Hg0 тотығуы арқасында, атмосфералық жауын-шашындарында
суға ерігіш еківалентті түріндегі сынап мөлшері өседі.

7.3.2. Ауыр металдардың атмосфералық химиясы.

Атмосферадағы ауыр металдардың химиялық түрлері қоршаған ортаға
экологиялық әсер етуі мүмкін, өйткені олар ауыр металдардың ағзаларға оңай
жетуін анықтайды.
Атмосфераға антропогенді көзқайнардан түсетін металдардың химиялық
қосындысы туралы мәліметтер әдебиеттерде шектеулі. Жоғары температуралы
процестер өтіп жатқанда (көмір мен қалдықтар жағу, металдарды балқу) ауыр
металдар бастапқы түрлерінің ауысуы, көбінде олардың оксидті түрлерінде
байқалады деген болжам бар.(7.24 кесте). Сөйтіп, көмір ұшқыштық күлінің
минералогиялық талдауы бойынша: құрамында силикат пен оксидтер мөлшері
басыңқы екен; силикаттар жану процесінде пайда болатын - алғашқы минерал,
ал оксидтер- соңғысы болып келеді.
Қорғасын-мырыш комбинаты жұмыс алаңынан алынған сендиментациялық
шаңының химиялық құрамын анықтағанда, қорғасын мен мырыш оксид түрінде
(50,4 және 13,5% ) кездеседі, сонымен қатар металл түрінде (2,3 және 2,2%
) сульфаттар (0,4 және 0,4%), сульфидтер (1,2 және 2,2%) (басқа қосындысы
идентификацияланған жоқ)
7.24 кесте
Антропогенді көздерден эмитиланған ауыр металдардың негізгі
қосындылары.(А. Semb et al., 1988)
Үрдіс As Cd Pb Hg
As0, As2O3, Cd0, CdO, CdSPbCl, PbO, 75%Hg0,
Көмір жағу As2S3 PbS, Pb 20% Hg+2
5% аэрозолдер
Қоқыс жағу As0, As2O3, Cd0, CdO, PbCl2, PbO, 20%Hg0,
As2Cl3 CdCl2 Pb0 75% Hg+2
5% аэрозолдер
Түсті металдарAs2O3 CdO, CdS PbO, PbSO4 90%Hg0,
өндірісі 10% Hg+2
Темір мен CdO PbO
болат өндіру
Химиялық 45% Hg0,
өнеркәсіп 45% Hg+2
10% аэрозолдер
Автокөліктер-д PbBrCl,
ің α-2PbBrCl·NH4
шаң-тозаңдары Cl

Құрамында күшәла бар лақтырыс талдауы оның бейорганикалық қосылыстары
басынқы екенін куәландырады. Осы элементтің ең кең жайылған түрі -
үшвалентті. Көмірмен жұмыс істейтін электр стансаларының лақтырысынан
немесе балқулар ауасынан алынған сынамаларында үшвалентті күшәла көбінде
аэрозольді және газтектес түріндегі таралады, бұл қоршаған орта үшін өте
жағымсыз, өйткені As+3 бейорганикалық қосылыстары, органикалық
қосылыстармен салыстырғанда көбірек уланған. Лақтырыстарда күшәланың
метилденген, органикалық түрлері сондай көп емес. Атмосферада күшәла
көбінесе диметиларсин қышқылдың жіңішке дисперсиялық аэрозольдарында
таралады, олар 95-100 пайызға дейін бейорганикалық, 2-5 пайызға дейін
органикалық қосындысынан тұрады.
Атмосферадағы күшәланың негізгі бейорганикалық қосылысы жеңіл
сублимацияға жататын күшәла оксиді (ІІІ) болып келеді
Құрамында С...бар лақтырыстарда элементарлы кадмий мен оның қышқылдары
көбірек орын алады, олар қоқыс жағатын қондырғыларда табылған лақтырыстағы
кадмий хлориді сияқты ең улы болып саналады.
Феррохром өндіретін қорыту пештердің шаңын зерттеуі бойынша: шаңдағы
хром жалпы мөлшерінің жартысы биооңай түрде болады, яғни экстрагирлеу
жолымен қышқыл немесе сілтімен сілтісіздендіруге қабілетті. Бұл фракцияның
40% алтывалентті хром қышқылына келеді, оның көбі балқыту кезінде болатын
субмикронды бөлшектерде шаң бөлшектерінің жалпы мөлшерінен 12 пайыз
құрады. Үшвалентті хром сонымен қатар шаңда да, биооңай фракция ретінде
(Cr2(SO)4) сияқты еритін тұздар түрінде де, оксид түрінде Cr2O3 ерімейтін
қалдықтада да таралған. 237 бет.
Хром атмосфералық ауада үшвалентті де, алтывалентті түрінде де
таралады. Хромның ауадағы ең маңызды қосындысы оның CrO3 оксиді.
Ауадағы селеннің химиялық қосылыстары туралы мәліметтер өте аз Ауада
өлшенген Se элементтарлы селен, ерімейтін селенид тұздар мен селен диоксиді
түрінде таралады. Селеннің органикалық қосылысы атмосферада газтектес
түрінде таралады. Әртүрлі бағалау бойынша газтектес селен оның жалпы
мөлшерінен атмосферада 25-60 дейін пайыз құрады.Селеннің газтектес
түріндегі жоғары мөлшері Se0 буларының жоғары қысыммен және аэрозоль
бетіндегі селен диоксидтерінің Se айналуы химиялық реакцияларына байланысты
.
Автокөліктер шаң-тозаңдары атмосфераға қорғасынды жеткізудің негізгісі
болып келеді, бұл метал органикалық және бейорганикалық болып (70-75 пайыз
құрады) екі түрде кездеседі. Көліктердің лақтыстарындағы негізгі қосынды
аралас галогенидтер, олардың ішінде PbBrCl және α-2PbBrCl·NH4Cl көпшілік
болады. Бірақ, автокөлік лақтырыстарымен ластанған атмосфералық ауада
PbBrCl бейтарап ((NH4)2SO4) немесе қышқыл сульфаттар (NH4HSO4) құрамды
тозаңдармен әрекеттесуінен пайда болатын PbSO4·NH4SO4 негізгі қосылыс
болып табылады.
Автокөлік шаң-тозаңдары бейорганикалық қосылыстардан және жанып
кетпеген қорғасын тетраалкильді қосылыстардан тұрады. Бензин құрамына
бәрінен де жиі тетраметил-және тетраэтилқорғасынды қосады.
Тетраэтилқорғасын ыстыққа тұрақты және химиялық реакцияға көп ұшырамайды,
ластанған ауада қорғасынның органикалық қосылысынан осы қосылыс түрі
басымды.
Атмосфераға антропогенді көзқайнарлардан түсетін сынаптың негізгі
түрлері және олардың ара қатынасы 7.24.кестеде келтіріліп отыр Slemr F.
және Seiler W. (1981), сынап атмосфераға метилденген қосылыс ретінде де
шығуы мүмкін, ауаға түскенде диметилсынап тез арада қарапайым (элементарлы)
сынап құрып деградацияға айналады.
Сонымен, мұнай құрамына кіретін сынап атмосфераға метилсынап туындысы
түрінде түседі, оны автокөлік лақтырысы газдарының талдауы дәлелдейді.
Атмосфера ауасында сынаптың басыңқы бөлігі (80-97%) элементарлы түрде
таралады. Шамамен 10-20% жақсы еритін хлоридке, сонымен қатар сынап
метилхлоридіне келеді. 237бет
Одан басқа, ауада сынаптың әртүрлі метиленген қосындысы, мысалы,
демитилсынап идентификацияланған.
Өкінішке орай, атмосферадағы ауыр металдардың әртүрлі қосындысыларының
химиялық айналуына арналған зерттеулер өте аз. Ауыр металдардың басқа
органикалық ластауыштармен салыстырғанда, ауада реакцияға қабілеті төмен
болады, және олардың қоршаған ортамен негізгі қатынасы жер бетіне, суға,
немесе өсімдікке түскеннен басталады, деген болжам жасауға болады. Соған
қарамастан, атмосферадағы ауыр металдар химиясын толық елемеуге болмайды.
Кейінгі зерттеулер бойынша, ауадағы ауыр металдардың бір бөлігі тек
қана ауыр металдар өз тағдырына емес, басқа да ластауыштарға ықпал ететін
әртүрлі химиялық реакцияларға кіріседі. Сондай-ақ, олар су тамшылары немесе
бөлшектердің ылғалды бетіндегі күкірт диоксиді сульфатқа дейін тотығуы
кезіндегі катализатор міндетін атқарады.. Суға еріп, күкірт диоксиді
гидролизге ұшырайды.
SO2 (газ) ↔ SO2 (еріт-ді)
SO2 (еріт-ді) + H2O ↔ HSO3 + H+ ↔ SO32- +2H+
Катализатор ретінде темір иондары қатысуымен атмосфералық тозаңдардың
су фазасындағы күкірт диоксидінің каталитикалық тотығуы күрделі механизм
болып келеді:
Fe+3 + HSO3↔ FeSO3+ + H+
FeSO3+ + H2O ↔ FeHSO4 + H+
FeHSO4 +O2 + 2H+↔ Fe+2 + HSO4 + H2O2
S+4 тотығу процесінде марганецті (ІІ) пайдаланса, оның тотығу-
тотықсыздандыру жағдайы өзгермейді:
O3 + HSO3- → HSO4- + O2
Жақында жүргізілген зерттеулер қорытындысы бойынша рН төмен
мәндерінің өзінде де, каталитикалықсызөршіткісіз жағдайда да SO2 тотығу
реакциялары өтпейді, кейбір ауыспалы металдар, мысалы, темір мен марганец
реакциялардың жылдамдығын бірнеше есе өсуіне апарады.
Сонымен қатар, ауыр металдар органикалық, т.б. бөлшектер бетіне
адсорбцияланған қосындысылардың фотототығуын ынталандырады. Органикалық
қосындысылардың трапосферлі ағын ретінде, соның ішінде
галогенкөмірсутегі, изопрен мен монотерпен, бензол мен оның гомологтары
сияқты экологиялық мәнді процестердің маңыздылығын олардың табиғи тозаң
құраушы, нақты айтқанда, мырыш оксидтері, титан, алюминий және темір
бетіндегі фотоынталандыру тотығуын зерттеуі көрсетті. Сондықтан, қазіргі
кезде тұман тамшылары мен тозаң бетінде адсорбцияланған ауыр металдардың
еритін фракциялары каталитикалық атмосферлі процестерінің ең белсенді түрі
ретінде қарастырылады.
239бет Суда еритін жағдайға ауысуға мүмкіндік туғызатын ауыр металдар
қатысуымен өтетін химиялық реакциялар жоғарыда аталып кеткен. Тозаң
бөлшектерінің көбінің бетінде минералды қышқылдар бар екені мәлім. (Н2SО4,
НСl). Ауыр металдар осындай бөлшектерге адсорбцияланып, жақсы еритін
тұздар құрып, қышқылдармен байланысқа кіріседі. Атмосфераның тотығу
потенциалы мен қышқылдығы көбейген сайын, ауыр металдардың қозғалғыштығын
көтере отырып, қоршаған ортаға уландыру ықпалын күшейтіп, осындай
реакциялардың жылдамдығы өседі.
Атмосферада өтетін реакциялар ішінде сынап қатысқан реакциялар ең
жақсы зерттелген, өйткені осы металдың табиғи ортаны ластандыруы өсіп,
күшейе бара жатыр. Кейінгі жылдары жүргізілген зерттеулер бойынша
атмосфералық ауадағы сынап тотығу-тотықсыздандыру реакцияларға қатысады,
оның нәтижесінде еківалентті жағдайға дейін тотығатын элементарлы сынап,
сонымен қатар еківалентті сынап тотықсызданатын болып өтеді. Осындай тотығу-
тотықсыздандыру цикл сынаптың қоршаған ортаға ықпал ету тұрғыдан зор
маңызды, өйткені оның атмосферадан шөгу жылдамдығын анықтайды. Солай, аз
еритін , газ тәрізді түрде таралатын элементарлы Нg0 атмосферадан өте баяу
шығарылады (әртүрлі бағалау бойынша оның атмосферадағы таралуы 0,5-2 жыл
болып келеді) да, эмиссия көзқайнарынан алыс қашықтыққа алыстайды. Бірақ,
Нg+2 қосындылары суда тез ериді де жауын-шашындармен (таралу уақыты
бірнеше күннен бірнеше аптаға дейін) тез жуылып кетеді. Осыған сәйкес, Нg
жауын-шашындағы еріген бейорганикалық түрлерінің концентрациясы-деп
болжамдауға болады, сондықтан оның шөгілу жылдамдығы тотығу және
тотықсыздану жылдамдығы әртүрлі сынаптың қалпына келуімен анықталады.
Атмосфера тозаңының су фазасындағы сынаптың негізгі тотықтырғышы озон
болып келеді. Осындайда келесі реакциялар өтетіні болжам етеді:
Нg0 + O3 → НgO + O2
НgO + 2H+ → Нg+2 + H2O
Нg0 + Нg+2 → Нg2+2
Нg2+2 + O3 → Нg+2 + НgO + O2.
Атмосфералық сынаптың озоннан басқа тотықтырғышысы - •ОН пен НО•
радикалдары болуы мүмкін.
240бет Су фазасындағы атмосфералық сынаптың озонмен тотығуы өте тез
өтеді, сондықтан атмосфераның элементарлы сынапқа азаюын тосуға болушы еді.
Бірақ, нақтылықта ондай болмайды, сондықтан ауада Нg0 озонмен тез тотығуын
теңестіретін(уравновешивающие) химиялық процестер өтуі керек. Munte I. et
al. (1991) зерттеулерінің нәтижесі бойынша су фазасындағы сынап жылдамдығы
Нg0 тотығу процесінің жылдамдығымен бәсекелесіп, атмосферадағы
элементарлы сынап концентрациясының азаюына кедергі жасайтын еріген
күкірт диоксидімен, элементарлы түрге дейін тотықсыздандырылуы мүмкін.
Еківалентті сынаптың күкірт диоксидімен тотықсыздандырылу механизмі
ұсынылып отыр, ол НgSО3 тұрақсыз қосылысы бөлінген кезде Нg2+2 иондары
пайда болады:
Нg+2 + SО32- → НgSО3
НgSО3 + SО32- ↔ Нg(SО3)22-
Нg(SО3)22- ↔ НgSО3 + SО32-
2НgSО3 → Нg2+2 + 2 SО32-
Кейінгі реакцияда пайда болған SО32- аниондары тез арада ақырғы
өнімі S+4 болып келетін ерітілген оттекпен тізбек радикалды реакцияға
түседі. Нg2+2 иондары да тез арада қалпына келеді:
Нg2+2 + НSО3- → 2Нg0 + SО32- + Н+
Нg2+2 + Нg2+2 → 2Нg0 + 2Нg2+
Қазіргі заманда SО2 атмосферадағы Нg2+ негізгі тотықсыздандыру агенті
болып саналады.
Лабораторлық және табиғи жағдайларда көрінетін су ерітіндеріндегі
Нg2+ фотохимиялық тотықсыздануы атмосферадан сынап шөгуіне ықпал
ететін маңызды процесс болып келеді. Су фазадағы еківалентті сынаптың
фотоқалпына келу механизмі әлі күнге дейін анықсыз. Сынаптың фотоиндуцирлы
тотықсыздануы таза атмосфера жағдайында үлкен маңызға ие, мұнда
қоспалардың(примеси) аз концентрациясы нәтижесінде сынаптың химиялық
өзгеруінің жылдамдығы көп емес. Сынаптың ең күшті тотығу-тотықсыздандыру
реакциялары ластанған атмосферада өтеді деп қорытынды жасауға болады,
өйткені SО2 да О3 сияқты атмосфера ауасының кәдімгі ластаушысы болып
келеді.

241 бет

7.3.3.Ауыр металдардың атмосферадан ағуыағымы.

Ауыр металдар атмосферадан су немесе құрғақ шөгу жолымен алыстайды.
Ластайтын заттарды атмосферадан атмосфералық жауын-шашын жоқта жер бетіне
апарылуын құрғақ шөгу деп атайды. Осындай үрдіс седиментация және
турбулентті диффузия ықпалынан болуы мүмкін. Седиментация ірі дисперс
тозаңдарды жоюдың негізгі механизмі болып келеді, бірақ олардың мөлшері
азайған сайын седиментация жылдамдығы жоғалады да, диаметрі 1мкм аз
бөлшектер үшін оны есепке алмауға да болады.
Субмикрон мөлшерлі тозаңдар үшін құрғақ шөгуіге жауапты негізгі
механизм - турбулентті диффузия болып келеді. Бұл механизм ластауыш
концентрациясы жоғары облыстардан концентрациясы азырақ облыстарға баруына
мүмкіндік туғызады. Жер бетін ластауыш заттар үшін жалғыз орын болып
келген жағдайда, оның қасындағы концентрация әрқашанда төмен болады,
сондықтан турбулентті диффузия құрамында металы бар тозаңдардың жер бетіне
қарай тұрақты ағымын туғызып тұрады.
Құрғақ шөгу жылдамдығының (Vа (смс) құрғақ шөгу жылдамдығы деп
Vа=FC(Z) тең шаманы түсінеді, F - бөлшектердің жер бетіне ағу
тығыздылығы(гсм); С - Z биіктігіндегі ауа ластауыштарының концентрациясы
(гсм)), бөлшектердің мөлшеріне тәуелденуі теоретикалық есеп бойынша да,
экспериментальды зерттеулер негізінде де көптеген еңбектер
қарастырылған.(сур. 7.3).Көрсетіліп тұрғандай, диаметрі 0,1-1мкм бөлшектер
құрғақ шөгу жылдамдығы ең аз болып келеді, сонда диаметрге минимум 0,5
мкм –дей келеді. Құрғақ шөгудің диаметрі 1-2 мкм-ден көп бөлшектер үшін
жылдамдығының елеулі өсуі олардың сендиментациясына байланысты, ал ең
кішкентай тозаңдар үшін өсуі (α0,1 ) бөлшектердің мөлшері азайған сайын
броун диффузиясының күші көбеюімен түсіндіріледі.
Құрамында металы бар бөлшектердің құрғақ шөгілуінің жылдамдығы
көптеген еңбектерде анықталған, олардың шамалары әртүрлі, өйткені
тозаңдардың дисперс құрамы эмиссия көзқайнары саласына және одан
алыстауына байланысты ауысып тұрады, ол өз кезегінше Vа шамасына ықпал
тигізеді. 7.25. кестеде кейбір ауыр металдардың құрғақ шөгілу жылдамдығының
орта шамасы, сонымен қатар қазіргі әдебиетте әр-алуан шамалардың баршылығы
келтіріліп отыр. Ұшқыштығы көбірек элементтердің құрғақ шөгу жылдамдығы
ең аз болып келеді. 242 бет
а) Vа
б) Vа
10 -
10 -

1 -
1-

0,0-
0,1-
0,001 0,01 0,1 1 10
1 10
7.3 сур. АМ құрғақ шөгілу жылдамдығының бөлшектер мөлшеріне қатынасы.
(М.А. Яценко-Хмелевская және т. б., 1994)
а) теоретикалық есеп негізінде табылған байланысы; U - жел
жылдамдығы;
б) экспериментальді деректер негізінде табылған байланысы.

АМ құрғақ шөгу жылдамдығының орта мәндері (смс) және олардың
шамаларының шашылуы.( М.А. Яценко-Хмелевская және т. б., 1994)
Элемент Орта мәні Шашылуы
(разброс)
Мышьяк 0,19 0,18 - 0,19
Кадмий 0,56 0,04 - 2,2
Кобальт 1,20 1,0 - 1,4
Хром 1,25 1,0 - 1,5
Мыс 0,81 0,08 – 1,6
Сынап 0,48 0,31 – 0,64
Марганец 1,21 0,27 – 6,4
Никель 1,0 -
Қорғасын 0,32 0,005 - 1,3
Селен 0,1 -
Мырыш 0,34 0,05 – 0,66

Ескертпе: сынап үшін есеп деректер келтіріліп отыр.

Ылғалды(мокрое) шөгілу – яғни ластайтын заттарды атмосфералық жауын-
шашындармен(осадками) жуылып шығарылу үрдісі, ол екі механизм арқылы жүзеге
асырылады.
-тозаң бөлшектеріндегі су буынының конденсациясынан басталатын бұлт
ішіндегі жуылып шығарылуы.
-тозаң бөлшектерін жауып тұрған жаңбыр, тұман, қар тамшылары өзімен
бірге әкетіп, бұлт астындағы жуылып шығарылуы.
Бұлт астындағы жуылып шығарылуы арқасында ең жақсы ірідисперсті тозаң
бөлшектері шығарылады, жаңбыр тамшылары бөлшектерді инерциялық түрде өзімен
бірге әкетуі - жуылып шығарудың негізгі процесі болып табылады.
Бөлшектердің мөлшері 1 мкм-ге дейін азайған сайын, инерциялық түрде өзімен
бірге әкету де азаяды, жаңбыр тамшыларына жайылу негізгі механизмі болып
броун диффузиясы болып келеді, ал ол бөлшектер мөлшері 0,1 мкм-ден
көрінетін болады да, олардың мөлшері азайған сайын үлкейеді.
243бетСонымен, 1мкм-ден үлкен және 0,1-ден мкм кіші шаң бөлшектерін жауын
тамшылары өте жақсы шығарады, ал 0,1-1 мкм дисперсиялы тозаңдар бұлтасты
жуылып шығарылуға нашар беріледі.
Атмосфераның бұлтасты қабатына қарағанда, бұлт арасындағы ластандыру
қоспаларының(примесей) жуылып-шашылуы(вымывание) күштірек өтеді.
Құрамында ластандыру заттары бар бұлт тамшылары пайда болуына әкелетін
тозаң бөлшектеріндегі су конденсациясы – осындайда негізгі механизм болып
келеді. Осындай түрлі конденсация диаметрі 0,2 мкм-ден үлкен бөлшектерде
өтуі мүмкін, сонда ең қарқынды болып еритін тұздарының мөлшері көп -
гигроскопиялық тозаңдарда өтеді. Бұлт суына қосылған, тозаң бөлшектерінің
үлесі тозаң мөлшеріне байланысты. Құрамында металы бар тозаңдардың мөлшері
аз болған сайын, олар конденсация процесі кезінде бұлт суымен аз
сіңдіріледі. Мөлшері 0,1мкм -ден азырақ ұсақ дисперсті тозаңдар үшін
бұлтішіндегі жуылып-шығару процесі броун диффузиясы арқылы ғана өте алады.
Төменгі жақта жуылып шығарудың қонстантасы келтіріліп отыр (су шөгудің
жылдамдығын анықтайтын К – жуылып-шығару константасы ретінде қарастырылады,
К=Сос(тұнба)Свозд(ауа), С-жауын-шашындардағы заттардың концентрациясы, ал
С - Германия ауасы мен жауын суының концентрациясын өлшеу негізінде
табылған кейбір металдардың ауадағы заттар концентрациясы (молькг)
(Rohbock E., 1982). Осыдан көріп тұрғандай, атмосферадан қорғасын мен
кадмий бәрінен ақырын шығарылады, - деп қорытуға болады.

Элемент Жуылып-шығару констансасы
Қорғасын 140
Кадмий 400

Марганец 1500
Мыс
1200
Кальций
1800
АМ құрғақ және су шөгілуі процестері туралы әдебиеттерде қалыптасқан
мәліметтерді қорыта отырып, келесі қорытынды жасауға болады: тозаңдарды
атмосферадан шығару суммарлыжалпы жылдамдығы бөлшектер мөлшері 1мкм-ге
дейін – алғашында кішірейеді, 0,1-1 мкм диапазонында минималді болып
қалады, ал содан соң одан да кіші бөлшектерге келгенде қайта көтеріле
бастайды. 244бет. Ауыр металдардың үлкен бөлігі атмосфераға антропогенді
көзқайнарлардан 0,1-1мкм мөлшерлі тозаң құрамында түскенін, құрамында
металы бар бөлшектердің ауада атмосферадан ақырын шығарылуын ескертіп
отырсақ, онда олар эмиссия көзқайнарынан алыс орындарға ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Ауыр металдардың өсімдіктерде таралуы және олардың әсері
Металдар
Ауыр металдар
Топырақта органикалық заттардың жиналуы
Металдар коррозиясы
Мейірбан металдар және қорытпалар
Түсті металдар металлургиясы
Платиналық металдар
Металдар жайлы
Сирек металдар
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь