Важкі метали

Реферат з біології на тему:
Талалуєва Олена, 11 "А" клас.
План
1. Вступ
2. Важкі метали
3. Біохімічні властивості важких металів
4. Джерела
5. 10 найбільш забруднених міст колишнього СРСР
6. Список літератури
Вступ
Діагноз масового отруєння жителів Риму свинцем поставлений вченими через дві тисячі років. Розкопки показали, що стародавні римляни користувалися водопровідною системою та посудом зі свинцю. Свинець накопичувався в організмі, вражав кровотворну і нервову систему людини, порушував обмінні процеси і діяльність нирок. Божевільний Капелюшник, персонаж дитячої казки Аліса в країні Чудес, очевидно, страждав професійною хворобою капелюшників того часу, пов'язаної з ртутним отруєнням. Фетр для капелюхів, з метою її пом'якшення, вимочували в азотнокислої ртуті. Про отруйних властивості цього металу, що викликає розлади центральної нервової системи, знали ще стародавні греки. Токсичним і канцерогенним є миш'як. Отруєння ним веде до серйозних порушень діяльності нирок, печінки, легенів, шлунково-кишкового тракту та серцево-судинної системи людини. Свинець, ртуть, миш'як, як і кадмій, мідь, нікель, цинк, хром - так звані важкі метали. Частина з них мідь, цинк, хром, - в мікродозах вважаються необхідними в харчуванні людини. Недолік міді, наприклад, веде до недокрів'я, сповільненому зростанню, хрому - до атеросклерозу. У той же час при перевищенні допустимих концентрацій ці елементи є високо токсичними. Вони широко використовуються в сучасному виробництві. Зі стічними водами підприємств розчинні сполуки цих елементів потрапляють у води річок озер, водосховищ. Очисні водопровідні споруди не забезпечують їх видалення з питної води. З цим можуть впоратися дві дорогі технології мембранна та іонний обмін. Їх не застосовують на водопровідних станціях. Адже основна частина води йде не для пиття, а на господарські, побутові та виробничі потреби. Ці технології використовують зазвичай в пристроях невеликої продуктивності для дому і мініпроізводств.
Важкі метали.
Важкі метали - це елементи періодичної системи з відносною молекулярною масою більше 40. Так склалося, що терміни "важкі метали" і "токсичні метали" стали синонімами.
На сьогоднішній день беззастережно до числа токсичних відносять кадмій, ртуть, свинець, сурму. Діяльність значної частини інших у живих організмах можна оцінити лише на "відмінно". Дійсно, метали в іонній формі входять до складу вітамінів, гормонів, регулюють активність ферментів. Встановлено, що для білкового, вуглеводного і жирового обміну речовин необхідні Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезі білків беруть участь Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; у кровотворенні - Co, Cu , Mn, Ni, Zn; в диханні - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливе твердження про те, що немає шкідливих речовин, є шкідливі концентрації. Тому іони міді, кобальту або навіть хрому, якщо їх вміст у живому організмі не перевищує природного, можна іменувати мікроелементами, якщо ж вони генеалогічно пов'язані із заводською трубою, то це вже важкі металли.Тяжелие метали (ртуть, свинець, кадмій, цинк, мідь , миш'як,) відносяться до числа розповсюджених і досить токсичних забруднюючих речовин. Вони широко застосовуються в різних промислових виробництвах, тому, незважаючи на очисні заходи, вміст сполуки важких металів у промислових стічних водах досить високе. Великі маси цих сполук надходять в океан через атмосферу. Для морських біоценозів найнебезпечніші ртуть, свинець та кадмій. Ртуть переноситься в океан з материковим стоком і через атмосферу.
При уявній ясності поняття "важкі метали" його значення слід визначити більш чітко через зустрічаються в літературі неоднозначних оцінок. Термін "важкі метали" пов'язаний з високою відносною атомною масою. Ця характеристика зазвичай ототожнюється з уявленням про високу токсичність. Однією з ознак, які дозволяють відносити метали до важких, є їх щільність. У сучасній кольоровій металургії розрізняють важкі кольорові метали - щільність 7,14-21,4 г/см3 (цинк, олово, мідь, свинець, хром та ін) і легкі кольорові метали - щільність 0,53-3,5 г/см3 (літій, берилій та ін.)
Згідно з однією класифікації, до групи важких металів належить більше 40 елементів з високою відносною атомною масою й густиною більше 6. За іншою класифікацією, в цю групу включають кольорові метали з щільністю більшою, ніж у заліза (свинець, мідь, цинк, нікель, кадмій, кобальт, олово, сурма, вісмут, ртуть).
Згідно з відомостями, представленим в "Довіднику з елементарної хімії" під ред. А. Т. Пилипенко (1977), до важких металів віднесені елементи, густина яких більше 5 г/см3. Якщо виходити їх цього показника, важкими слід вважати 43 з 84 металів Періодичної системи елементів. Серед цих 43 металів 10 володіють поряд з металевими властивостями ознаками неметалів (представники головних підгруп VI, V, IV, III груп Періодичної системи, що є р-елементами), тому більш суворим був би термін "важкі елементи", але в даній публікації ми будемо користуватися загальноприйнятими в літературі терміном "важкі метали".
Таким чином, до важких металів відносять більше 40 хімічних елементів з відносною щільністю більше 6. Число ж небезпечних забруднювачів, якщо враховувати токсичність, стійкість і здатність накопичуватися в зовнішньому середовищі, а також масштаби поширення зазначених металів, значно менше.
Перш за все представляють інтерес ті метали, які найбільш широко й у значних обсягах використовуються у виробничій діяльності і в результаті накопичення в зовнішньому середовищі становлять серйозну небезпеку з точки зору їх біологічної активності і токсичних властивостей. До них відносять свинець, ртуть, кадмій, цинк, вісмут, кобальт, нікель, мідь, олово, сурму, ванадій, марганець, хром, молібден і миш'як.
Біогеохімічні властивості важких металів

Властивість	Cd	Co	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
Біохімічна активність	У	У	У	У	У	У	У
Токсичність	У	У	У	У	У	У	У
Канцерогенність	-	B	-	-	B	-	-
Збагачення аерозолів	B	H	B	B	H	B	B
Мінеральна форма розповсюдження	B	B	H	B	H	B	H
Органічна форма розповсюдження	B	B	B	B	B	B	B
Рухливість	B	H	У	У	Н	У	У
Тенденція до біоконцентрірованію	У	У	У	У	У	У	У
Ефективність нагромадження	У	У	У	У	У	У	У
Комплексоутворюючі здатність	У	Н	У	У	Н	Н	У
Схильність до гідролізу	У	Н	У	У	У	У	У
Розчинність сполук	У	Н	У	У	Н	У	У
Час життя	У	У	У	Н	У	Н	У

По-висока, У - помірна, Н - низька

Форми знаходження в навколишньому середовищі. В атмосферному повітрі важкі метали присутні у формі органічних і неорганічних сполук у вигляді пилу і аерозолів, а також в газоподібному елементної формі (ртуть). При цьому аерозолі свинцю, кадмію, міді та цинку складаються переважно їх субмікронних частинок діаметром 0,5-1 мкм, а аерозолі нікелю і кобальту - з крупнодисперсних часток (більше 1 мкм), які утворюються в основному при спалюванні дизельного палива.
У водних середовищах метали присутні в трьох формах: зважені частинки, колоїдні частинки і розчинені сполуки. Останні представлені вільними іонами й розчинними комплексними сполуками з органічними (гумінові та фульвокислоти) і неорганічними (галогеніди, сульфати, фосфати, карбонати) лігандами. Великий вплив на вміст цих елементів у воді надає гідроліз, багато в чому визначає форму знаходження елемента у водних середовищах. Значна частина важких металів переноситься поверхневими водами у зваженому стані.
Сорбція важких металів донними відкладеннями залежить від особливостей складу останніх і вмісту органічних речовин. У кінцевому підсумку важкі метали у водних екосистемах концентруються в донних відкладах та біоті.
У грунтах важкі метали містяться у водорозчинній, іонообмінної і нетривке адсорбированной формах. Водорозчинні форми, як правило, представлені хлоридами, нітратами, сульфатами і органічним комплексними сполуками. Крім того, іони важких металів можуть бути пов'язані з мінералами як частина кристалічної решітки.
Джерела.
Видобуток і переробка не є найпотужнішим джерелом забруднення середовища металами. Валові викиди від цих підприємств значно менше викидів від підприємств теплоенергетики. Чи не металургійне виробництво, а саме процес спалювання вугілля є головним джерелом надходження в біосферу багатьох металів. У вугіллі та нафті присутні всі метали. Значно більше, ніж у грунті, токсичних хімічних елементів, включаючи важкі метали, в попелі електростанцій, промислових і побутових топок. Викиди в атмосферу при спалюванні палива мають особливе значення. Наприклад, кількість ртуті, кадмію, кобальту, миш'яку в них у 3-8 разів перевищує кількість видобутих металів. Відомі дані про те, що тільки один котлоагрегат сучасної ТЕЦ, що працює на вугіллі, за рік викидає в атмосферу в середньому 1-1,5 т парів ртуті. Важкі метали містяться і в мінеральних добривах.
Поряд зі спалюванням мінерального палива найважливішим шляхом техногенного розсіювання металів є їх викид в атмосферу при високотемпературних технологічних процесах (металургія, випал цементної сировини тощо), а також транспортування, збагачення і сортування руди.
Техногенне надходження важких металів у навколишнє середовище відбувається у вигляді газів і аерозолів (возгона металів і пилоподібних частинок) і в складі стічних вод.
Метали порівняно швидко накопичуються в грунті і вкрай повільно з неї виводяться: період напіввидалення цинку - до 500 років, кадмію - до 1100 років, міді - до 1500 років, свинцю - до кількох тисяч років.
Істотне джерело забруднення грунту металами - застосування добрив з шламів, отриманих з промислових і каналізаційних очисних споруд.
У викидах металургійних виробництв важкі метали знаходяться, в основному, в нерозчинної формі. У міру віддалення від джерела забруднення найбільш великі частки осідають, частка розчинних сполук металів збільшується, і встановлюються співвідношення між розчинної і нерозчинними формами. Аерозольні забруднення, що надходять в атмосферу, видаляються з неї шляхом природних процесів самоочищення. Важливу роль при цьому відіграють атмосферні опади. У результаті викиди промислових підприємств в атмосферу, скиди стічних вод створюють передумови для надходження важких металів у грунт, підземні води й відкриті водойми, у рослини, донні відкладення і тварин.
Дальність розповсюдження та рівні забруднення атмосфери залежать від потужності джерела, умов викидів і метеорологічної обстановки. Однак в умовах промислово-міських агломерацій і міської забудови параметри поширення металів у повітрі ще погано прогнозуються. З віддаленням від джерел забруднення зменшення концентрацій аерозолів металів в атмосферному повітрі частіше відбувається по експоненті, внаслідок чого зона їх інтенсивного впливу, в якій має місце перевищення ГДК, порівняно невелика.
В умовах урбанізованих зон сумарний ефект від реєстрованого забруднення повітря є результуючої складання безлічі полів розсіювання і обумовлений видаленням від джерел викидів, містобудівною структурою і наявністю необхідних санітарно-захисних зон навколо підприємств. Природне (фонове) вміст важких металів у незабрудненій атмосфері становить тисячні і десятитисячні частки мікрограма на кубічний метр і нижче. Такі рівні в сучасних умовах на скільки-небудь обжитих територіях практично не спостерігається. Фонове вміст свинцю прийнято рівним 0,006 мкг/м3, ртуті - 0,001-0,8 мкг/м3 (у містах - на кілька порядків вище). До основних галузях, з якими пов'язане забруднення навколишнього середовища ртуттю, відносять гірничодобувну, металургійну, хімічну, приладобудівної, електровакуумних і фармацевтичну. Найбільш інтенсивні джерела забруднення навколишнього середовища кадмієм - металургія та гальванопокриття, а також спалювання твердого та рідкого палива. У незабруднених повітрі над океаном середня концентрація кадмію становить 0,005 мкг/м3, в сільських місцевостях - до 0,05 мкг/м3, а в районах розміщення підприємств, у викидах яких він міститься (кольорова металургія, ТЕЦ, що працюють на вугіллі і нафти, виробництво пластмас і т.п.), і промислових містах - до 0,3-0,6 мкг/м3.
Атмосферне шлях надходження хімічних елементів у навколишнє середовище міст є провідним. Проте вже на невеликому видаленні, зокрема, в зонах приміського сільського господарства, відносна роль джерел забруднення навколишнього середовища важкими металами може змінитися і найбільшу небезпеку представлятимуть стічні води та відходи, що накопичуються на звалищах і застосовуються в якості добрив.
Максимальної здатністю концентрувати важкі метали мають завислі речовини і донні відкладення, потім планктон, бентос і риби.
Опади. Зона максимальних концентрацій металів у повітрі поширюється до 2 км від джерела. У ній вміст металів у приземному шарі атмосфери в 100-1000 разів вище місцевого геохімічного фону, а в снігу - в 500-1000 разів. На видаленні 2-4 км розташовується друга зона, де вміст металів у повітрі приблизно в 10 разів нижче, ніж у першій. Намічається третя зона протяжністю 4-10 км, де лише окремі проби показують підвищений вміст металів. У міру віддалення від джерела співвідношення різних форм розсіюється металів змінюються. У першій зоні водорозчинні сполуки становлять усього 5-10%, а основну масу випадінь утворюють дрібні пилоподібні частки сульфідів і оксидів. Відносний вміст водорозчинних сполук зростає з відстанню.
10 найбільш забруднених міст колишнього СРСР.
Метали наведені в порядку убування рівня пріоритетності для даного міста.
Список літератури
1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Гранично допустимі концентрації хімічних речовин у навколишньому середовищі. Довідник .- Л.: "Хімія", 1985.
2. Шкідливі хімічні речовини. Неорганічні сполуки I-IV груп: Справ. вид. / За ред. В.А. Филова та ін - Л.: "Хімія", 1988.
3. Шкідливі хімічні речовини. Неорганічні сполуки V-VIII груп: Справ. вид. / За ред. В.А. Филова та ін - Л.: "Хімія", 1989.

4. Мур Дж.В., Рамамурті С. Важкі метали в природних водах. - М.: "Мир", 1987.
5. Наша Планета; Москва; 1985 рік.
6. П'єр Агесс; Ключі до екології; Ленінград; 1982 рік.
7. В. З. Черняк; Сім чудес і інші; Москва; 1983 рік.
8. Френц Щебек; Варіації на тему однієї планети; 1972 рік.
9. Г. Хефлінг. Тривога в 2000 році. Москва. 1990 рік.
10. В.В. Плотніков. На перехрестях екології. Москва. 1985 рік.