facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ТЕХНОФИЛЬНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОФИЛЬНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Tetiana Yakovyshyna, доцент, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Малий Анастасия Эдуардовна, магистр

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Украина

Участник конференции

В работе изучена миграционная способность тяжелых металлов по показателям ионного радиуса, Картленджа и энергетического коэффициента, а также рост их технофильности с выявлением наиболее опасных для биосферы загрязнителей на протяжении более чем ста лет.

Ключевые слова: технофильность, тяжелые металлы, загрязнение, биосфера, техногенез.

The article deals with migrationability of the heavy metals in terms of the ionic radius, Kartlendzh and power coefficient, as well as the growth of theirtehnohpilitywithidentification of the most dangerous pollutants for the biosphere during over a hundred years.

Keywordstehnohpility, heavy metals, pollution, biosphere, technogenesis.

 

В настоящее время в ходе своей хозяйственной деятельности человечество использует практически все химические элементы из периодической таблицы Д.И. Менделеева, однако объемы их потребления могут существенно отличаться. К сожалению, коэффициент полезного действия вовлечения химических элементов непосредственно в продукцию промышленного производства чрезвычайно низок, всего 10 % от добычи, остальное количество рассеивается в виде примесей в биосфере и обуславливает загрязнение ее компонентов, особенно это касается таких токсикантов, как тяжелые металлы. С каждым годом интенсивность техногенеза увеличивается в геометрической прогрессии, что отражается через показатели технофильности, как отношения количества извлеченного тяжелого мталла в его кларку в литосфере. Поэтому цель работы заключалась в анализе способности к миграции тяжелых металлов и их технофильности на протяжении 112 лет, что даст возможность выявления наиболее опасных загрязнителей биосферы с учетом тенденций потребностей человечества в том или ином химическом элементе.

Оценку физико-химических свойств тяжелых металлов к миграции проводили при помощи показателя Картленджа (ПК) и энергетического коэффициента для катионной формы миграции (ЭКкат):

,

где Z – заряд иона; Ri – радиус иона, Å [1].

Показатель Картленджа является фактором электростатических особенностей иона, а энергетический коэффициент – пай энергии, которая выделяется при образовании кристаллической решетки минералов, в состав которых входят тяжелые металлы.

Технофильность тяжелого металла определяли как отношение добычи (Д) к его кларку в литосфере (К) в динамике с выборкой более чем в 100 лет:

Tx=Д/К, %

Анализ технофильности осуществляли, пользуясь данными United States Geological Survey относительно их годовой добычи [2].

Внутренние факторы миграции тяжелых металлов, напрямую зависящие от строения их атомов, а именно способности образовывать летучие, растворимые или инертные формы, характеризовали, используя ионный радиус, показатель Картленджа и энергетические коэффициенты. От величин ионных радиусов зависит растворимость соединений, их твердость, температура плавления и кипения, структура и энергия кристаллических решеток минералов, что в дальнейшем оказывает влияние на миграцию атомов химических элементов и рассеивание их в биосфере. Согласно А.С. Ферсману дальность миграции атомов определяется закономерностями изменения величин радиусов химических элементов в зависимости от их положения в таблице Д.И. Мендеелева, а именно: с увеличением порядкового номера они возрастают в группах, напротив, в периодах – уменьшаются; по диагонали – являются близкими по размерам (правило диагональных рядов); с увеличением заряда катиона уменьшаются, а аниона – увеличиваются. Относительно картлей выполняется условие (ПК < 3), следовательно, изучаемые тяжелые металлы относятся к элементам, катионы которых легко переходят в природные воды, комплексные ионы не образуются. Значения энергетических коэффициентов прямо пропорционально зависели от валентности и обратно пропорционально от ионного радиуса (табл. 1). Дальность миграции атомов химических элементов возрастала при условии увеличения радиусов и, напротив, уменьшении значений показателя Картленджа и энергетических коэффициентов в ряде от Cr2+до Ni2+.

Таблица 1

Физико-химические показатели миграционной способности катионов тяжелых металлов

Ион тяжелого металла

Радиус иона, Å

Показатель Картленджа

Энергетический  коэффициент

Cr2+

1,83

1,09

1,77

Pb2+

1,32

1,52

1,73

Cd2+

1,03

1,94

1,79

Mn2+

0,91

2,20

1,83

Co2+

0,82

2,44

1,86

Zn2+

0,81

2,47

1,87

Cu2+

0,80

2,50

1,88

Ni2+

0,74

2,70

1,90

Тяжелые металлы являются рассеянными химическими элементами, однако значения их кларков в земной коре могут существенно варьировать, например Zn– 8,3∙10-3; Pb– 1,6∙10-3; Cu– 4,7∙10-3; Mn– 10-1; Cd– 1,3∙10-6 [3]. При этом отличаясь кларками и размерами добычи, они могут иметь одинаковую технофильность, а, следовательно, человечество использует их в своей хозяйственной деятельности пропорционально распределению в литосфере, что характерно для Cdи Hg. Показатели технофильности были динамичны по времени, иногда изменялись на несколько порядков за время выборки, что обуславливалось потребностью человечества в том или ином химическом элементе, и отражалось через объем добычи, которая возросла в ХХІ веке по сравнению с ХХ у Zn– 28,18; Pb– 6,90; Cu– 34,14; Ni– 238,97; Cr– 478, 19; Co– 579, 22; Cd– 1492,86 раз. Ряды технофильности, приведенные в табл. 2, дали возможность оценить степень вовлечения тяжелых металлов в техногенез и распространения их в биосфере. Как правило, в естественных условиях тяжелые металлы находятся в виде слаборастворимых соединений, которые скрыты в толще земной коры. Однако человеческая деятельность способствует их извлечению на поверхность, трансформации соединений в более активные, в виде которых они могут включаться в трофические цепи и мигрировать в окружающей природной среде. До середины 30 гг. ХХ века наиболее опасным техногенным мигрантом являлся свинец, затем конкуренцию ему составляет кадмий, оба металла относятся к элементам первого класса токсичности, способны вызывать рост онкозаболеваний. С 1989 г человечество осознает отрицательное влияние свинца на здоровье, которое проявляется в виде нервных расстройств, гиперактивности у детей, и постепенно потребление снижается (запрет на ядохимикаты содержащие свинец, попытка замены тетраэтилсвинца в топливе и т.д.), что, в свою очередь, отражается на его технофильности. В настоящее время наиболее потребляемыми элементами являются кадмий, хром и медь.

Таблица 2

Изменение технофильности тяжелых металлов на протяжении ХХ-ХХІ веков

Годы

Технофильность

1900

Pb > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Cd > Mo

1901

Cu > Zn > Cr > Ni > Mn > Cd > Mo > Co

1902-1903

Cu > Zn > Cr > Ni > Mn > Cd > Co > Mo

1904

Cu > Cr > Zn > Ni > Cd > Mn > Co > Mo

1905

Cu > Cr > Zn > Ni > Cd > Mn > Mo > Co

1906

Pb > Cu > Cr > Zn > Ni > Cd > Mn > Mo > Co

1907

Pb > Cu > Zn > Cr > Ni > Cd > Mn > Co > Mo

1908

Pb > Cu > Zn > Ni > Cd > Cr > Mn > Co > Mo

1909-1910

Pb > Cu > Zn > Cr > Ni > Cd > Mn > Co > Mo

1911-1912

Pb > Cu > Zn > Ni > Cd > Cr > Mn > Mo > Co

1913

Pb > Cu > Zn > Ni > Cr > Cd > Mn > Mo > Co

1914

Cu > Cr > Cd > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1915

Cu > Cr > Ni > Cd > Zn > Mn > Mo > Co

1916

Cu > Cr > Cd > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1917

Cu > Cd > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1918

Cu > Cr > Cd > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1919

Pb > Cu > Cr > Cd > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1920

Pb > Cu > Cr > Ni > Cd > Zn > Mn > Mo > Co

1921

Pb > Cu > Cr > Cd > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1922

Pb > Cu > Cd > Cr > Zn > Ni > Mn > Co > Mo

1923-1925

Pb > Cu > Cd > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1926

Cd > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1927

Pb > Cu > Cd > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1928

Pb > Cd > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1929-1930

Pb > Cd > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1931

Pb > Cd > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1932

Pb > Cd > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Co > Mo

1933

Pb > Cd > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1934-1936

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1937

Cd > Cu > Cu > Cr > Zn > Ni > Mn > Mo > Co

1938-1939

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1940-1944

Cd > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1945-1947

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1948-1951

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1952-1953

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1954

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1955-1957

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1958-1974

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1975

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1976-1977

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Mo > Co

1978

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1979

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1980

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1981-1982

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Mn > Co > Mo

1983

Cd > Pb > Cu > Cr > Ni > Zn > Co > Mn > Mo

1984-1988

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Co > Mn > Mo

1989-1990

Cd > Cr > Pb > Cu > Ni > Zn > Co > Mn > Mo

1991

Cd > Cr > Pb > Cu > Ni > Zn > Mo > Co > Mn

1992

Cd > Pb > Cr > Cu > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

1993-1994

Cd > Cu > Pb > Cr > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

1995

Cd > Cr > Cu > Pb > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

1996

Cd > Cu > Cr > Pb > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

1997

Cd > Cr > Cu > Pb > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

1998-2000

Cd > Cr > Cu > Pb > Ni > Zn > Mo > Co > Mn

2001

Cd > Cu > Cr > Pb > Ni > Zn > Mo > Mn > Co

2002-2004

Cd > Cu > Cr > Pb > Ni > Zn > Co > Mo > Mn

2005-2012

Cd > Cr > Cu > Pb > Ni > Zn > Co > Mo > Mn

 

Подытожив выше изложенное, следует отметить, что, во-первых, технофильность тяжелых металлов, которая отражает потребности человечества в том или ином химическом элементе на протяжении последнего столетия возросла на несколько порядков, а, во-вторых, как в начале ХХ века, так и в ХХІ веке первое место занимают элементы первого класса токсичности, способные оказывать вредное воздействие на здоровье человека, рассеивание которых в биосфере нежелательно.

 

Литература:

  • 1. Федорова Г.В. Практикум з біогеохімії для екологів: Навчальний посібник / Г.В. Федорова. – К.: “КНТ”, 2007. – 288 с.
  • 2. Kelly Thomas D. Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the United States / Kelly Thomas D., Matos Grecia R. – Режим доступа: http: // www.minerals.usgs.gov/minerals/pubs/historical-statistics.
  • 3. Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающей среды / В.А. Алексеенко. – М.: Наука, 1990. – 142 с.
Комментарии: 7

Адамбаев Мурат Джамантаевич

Авторы не предлагают конкретных рекомендации по результатом своих исследовании. Статья обзорная, для читателей познавательная.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые коллеги! Статья актуальна, информативна, но преимущественно обзорная. На будущее хочется пожелать Вам на следующих этапах проработки темы дополнить исследование добротным научным содержанием! С уважением, к.т.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Представленная работа без сомнения является актуальной как и все исследования напралены на изучения взаемодействия деятельности человека с окружающей средой. Результатом таких иследований должны быть рекомендации о снижении отрицательных последствий на окружающую среду деятельности человека. Желаю Вам успехов на этом пути! С уважением проф. М. Горбийчук.

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Проведенный в статье историко-статистический экскурс, безусловно, представляет интерес в связи с актуальностью рассматриваемой проблемы. Надеюсь, в последует развитие темы в последующих работах. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемые авторы, по моему мнению, данная работа является актуальной и может представлять интерес в дальнейшем. Работа является обзорной и лишь раскрывает нам данную проблему, но тем не менее существует большой потенциал для дальнейших исследований. Оцениваю работу на 7 баллов. С уважением Прохоров Даниил.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленная Вами работа является очень актуальной, однако работа является обзорной. В работе не приведено материалы от куда взяты материалы по технофильности искомых элементов за последние 112 лет обзора. В целом работу оцениваю оценкой в 6 балов. Желаю Вам успехов дальнейших исследованиях. С уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев

Яковишина Татьяна Федоровна

Уважаемый профессор Н.Бабаев! Большое спасибо за положительную оценку нашей работы. Расчеты технофильности тяжелых металлов проводили на основе данных по их мировой добыче Геологической службы США. Т.Яковишина
Комментарии: 7

Адамбаев Мурат Джамантаевич

Авторы не предлагают конкретных рекомендации по результатом своих исследовании. Статья обзорная, для читателей познавательная.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые коллеги! Статья актуальна, информативна, но преимущественно обзорная. На будущее хочется пожелать Вам на следующих этапах проработки темы дополнить исследование добротным научным содержанием! С уважением, к.т.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Представленная работа без сомнения является актуальной как и все исследования напралены на изучения взаемодействия деятельности человека с окружающей средой. Результатом таких иследований должны быть рекомендации о снижении отрицательных последствий на окружающую среду деятельности человека. Желаю Вам успехов на этом пути! С уважением проф. М. Горбийчук.

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Проведенный в статье историко-статистический экскурс, безусловно, представляет интерес в связи с актуальностью рассматриваемой проблемы. Надеюсь, в последует развитие темы в последующих работах. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемые авторы, по моему мнению, данная работа является актуальной и может представлять интерес в дальнейшем. Работа является обзорной и лишь раскрывает нам данную проблему, но тем не менее существует большой потенциал для дальнейших исследований. Оцениваю работу на 7 баллов. С уважением Прохоров Даниил.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленная Вами работа является очень актуальной, однако работа является обзорной. В работе не приведено материалы от куда взяты материалы по технофильности искомых элементов за последние 112 лет обзора. В целом работу оцениваю оценкой в 6 балов. Желаю Вам успехов дальнейших исследованиях. С уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев

Яковишина Татьяна Федоровна

Уважаемый профессор Н.Бабаев! Большое спасибо за положительную оценку нашей работы. Расчеты технофильности тяжелых металлов проводили на основе данных по их мировой добыче Геологической службы США. Т.Яковишина
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.