Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
310
В.В. Вольхин. Общая химия
Ионы разных металлов отдают предпочтение разным доиорным атомам. Ряд токсичных элементов (Pb2'1, Hg21, Cd2+, Tl+, Tl3+, Cu+, Ag+) имеет сродство к группам -CH-SH, характерным для аминокислоты цистеина, и к группам
\
N-H
/
или -(CPb)4-NH2, свойственным аминокислотам - гистидииу и лизину соответственно. Ионы Na+, K+ и Ca2+, которые можно отнести к макроэлементам питания, предпочитают связи с атомами О, например, следующих групп:
ROH, R-C* .,-О-р-О и др. О I
О
Микроэлементы, участвующие в цикле питания, занимают промежуточное положение между группами элементов, предпочитающих те или иные донорные атомы, и проявляют меньшую специфичность в ходе взаимодействий в биологических системах. Ионы H3O1 также могут взаимодействовать с разными функциональными группами. Они обладают высоким сродством ко многим функциональным группам, что объясняет хорошо выраженную чувствительность биологических процессов к pH среды.
Способность элементов влиять на биологические процессы обычно связывают с активностью их простых ионов, но в клетки тканей они поступают преимущественно в форме комплексов с лигандами, которые могут выделять и сами клетки. Поступая внутрь клеток, элементы могут использоваться в биохимических процессах или просто накапливаться до определенного предела, выше которого проявляется их токсичность. Они могут вытеснять элементы питания из состава ферментов, поскольку эти элементы не обладают специфическим сродством к функциональным группам ферментов.
Конкретные полезные функции микроэлементов в биологических системах определяются их индивидуальными свойствами и нередко связаны со способностью элементов легко изменять свою степень окисления.
Ионы Mg2+ стабилизируют структуру макромолекул ДНК и РНК. В структуре хлорофилла ионы Mg2' образуют координационные связи с четырьмя атомами N и одним атомом О, но сохраняют при этом подвижность и легко вытесняются ионами H+.
Элементы, способные существовать в разных состояниях окисления, - Fe21VFe3+ и Co2VCo3+, катализируют окислительно-восстановительные реакции, протекающие с участием ферментов, обеспечивают процессы кислородного обмена. Благодаря этому же свойству Fe является важным компонентом систем, осуществляющих процесс фотосинтеза. Кобальт входит в состав витамина В|2.
Марганец играет роль акцептора электронов при окислении воды до O2 в процессе фотосинтеза, что обусловлено способностью этого элемента изменять степень окисления.
Цинк входит в состав ферментов и участвует в процессах воспроизводства нуклеиновых кислот, а также в процессах гидролиза фосфорных эфиров и гидратации - дегидратации CO2.
Медь способствует передаче электронов и катализирует окислительно-восстановительные реакции с участием ряда органических молекул.
Молибден (совместно с Fe) обеспечивает прохождение процесса фиксации азота (N2).
Неблагоприятное влияние металлов на развитие растений зависит от возможности их накопления в почвах. Четко выраженную тенденцию к накоплению в почве проявляет свинец. В зависимости от состава почвы, в ней могут осаждаться малорастворимые соединения свинца - Pb3(P04)2, Pb40(P04)2, Pb5(P04)3OH, PbCO3, PbSO4 и PbS. Но в настоящее время устраняется один из основных источников поступления свинца в почву - автотранспорт. Повсеместно начинают использовать высокооктано
Химия окружающей среды
311
вый бензин, не содержащий тетраэтилсвинец. Сохраняется возможность загрязнения почвы свинцом вблизи заводов по производству свинца или переработке изделий, содержащих свинец (отработанные свинцовые аккумуляторы и др.).
Кадмий может попадать в почву вблизи, например, приборных и машиностроительных заводов. Его подвижность в почве ограничена по причине образования малорастворимых соединений Cd(OH)2, CdCO3. Таким путем кадмий может накапливаться в почве.
Медь сохраняет в почве достаточно высокую подвижность, ее может частично вымывать из почвы вода. Подвижность меди в почве существенно возрастает при pH менее 5. Ионы меди взаимодействуют с гумусом, что способствует накоплению меди в гумусовых компонентах почвы особенно при pH > 5. Как отмечалось выше, накопление меди в окружающей среде приводит к проявлению ее токсичных свойств.
Цинк поступает в почву в значительно больших количествах, чем другие микроэлементы, что объясняется его широким применением в технике и в быту (оцинкованное железо и др.). Но организм человека достаточно устойчив по отношению к цинку, и накопление его в почве и поступление в продукты питания пока не представляет серьезной опасности. Однако следует иметь в виду, что цинк хорошо аккумулируется в почве, особенно при pH более 5...6.
Пример 6.9. Загрязнение почвы может происходит за счет разных веществ, в том числе таких, которые способны образовывать комплексы с ионами металлов, выступая при этом в качестве лигандов. Особой прочностью отличаются комплексы этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), которые характерны для многих металлов. Сама кислота мало растворима, и в качестве реагента используют динатриевую соль Na2H2C|oH|208N2-2H20 (Na2SATA). Попадание №2ЭДТА в почвенный раствор приводит к выщелачиванию ионов металлов из твердых фаз и повышению подвижности металлов в почве.
