Влияние различных химических веществ, содержащихся в воде, на живые организмы и человека

Влияние различных химических веществ, содержащихся в воде, на живые организмы и  человека.

Одним из наиболее опасных видов химического загрязнения природной среды является загрязнение тяжелыми металлами, к числу которых относятся железо, цинк, никель, медь и хром.  
Тяжелые металлы занимают одно из первых мест по токсичности среди загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах. Тяжелые металлы не подвержены биодеградации и, постепенно накапливаясь в различных компонентах экосистемы, участвуют в биоциклах.  
Перед тем, как попасть в организм человека тяжелые металлы проходят через ряд «инстанций». Элементы, попадая в воду рек, почву, попадают в растения, а при употреблении в пищу растительной продукции они удерживаются в органах человека и животных.  
В почве цинк принадлежит к числу редких элементов (микроэлемент). Накопление цинка в почве происходит при разложении органических веществ, поскольку он входит в зольный состав растений и микроорганизмов.Цинк – постоянная, необходимая для жизни составная часть растений и животных. Концентрируют его многие морские моллюски и рыбы (в печени и мышцах). Обычная концентрация цинка в пищевых растениях 1-10 мг/100г свежего вещества. Повышенное содержание его обнаруживается в дрожжах, пшеничных и рисовых отрубях, зернах какао, шляпках грибов.Физиологическая роль цинка определяется его связью с активностью некоторых ферментов и гормонов. Цинк существенно влияет на активность гормонов гипофиза, участвует в реализации биологического действия инсулина, поддерживает кислотно-щелочное равновесие в организме. Его липотрофные свойства способствуют нормализации жирового обмена, усиливая распад жиров и предотвращая жировую дистрофию печени. Определенную роль цинк играет в кроветворении. В организме он находится в виде легко диссоциирующих соединений с белком. При недостатке цинка замедляется рост и развитие организма. Избыток цинка также отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма, вызывая анемию. Это объясняется тем, что цинк вытесняет медь из биологически активных соединений, участвующих в кроветворении.Следует отметить, что металлический цинк не токсичен для организма, выраженной токсичностью обладают сульфаты, хлориды и другие его соли.Никель является одним из распространенных компонентов, постоянно присутствующих в природных водах.

Присутствие никеля в воде обусловлено составом слоев, через которые проходит природная вода. В воды никель может попадать из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов, присутствующих в водоемах. В сине-зеленых водорослях обнаружено повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля.Соединения никеля выносятся в водоемы со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. В речных незагрязненных, слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/л, в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в литре.Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являются окислительными катализаторами, находясь в виде металлоорганических комплексов в организме животных и человека.

Повышенное содержание никеля оказывает специфическое воздействие на эндотелий сосудов в особенности мозга и надпочечников, где возникают множественные кровоизлияния.Содержание никеля в воде лимитируется по общесанитарному показателю – до 0.1 мг/л.Основным источником поступления меди в природных водах являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности. Медь может появляться в воде в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах содержание меди обусловлено составом горных пород.Медь содержится в ионной форме и в виде комплексных соединений с органическими и неорганическими веществами. В сточных водах медь присутствует в виде комплексов типа [Cu(NH3)4]2+, [Cu(CN)3]2- и других. Содержание меди в пресных природных водах колеблется от 2 до 30 мкг/л.

Медь относится к числу активных микроэлементов, участвующих в процессе фотосинтеза и влияющих на усвоение азота растениями.Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Вместе с тем избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятные воздействия на живые организмы.Источником железа является пища и питьевая вода. Из желудочно-кишечного тракта всасывается до 20% поступившего железа. Организм взрослого человека содержит в среднем 4-5 г железа, из которых около 70% находится в составе гемоглобина, 5-10% в составе миоглобина, 20-25% в виде резервного железа и не более 5.1% в плазме крови. Некоторое количество железа находится во внутриклеточном составе различных органических соединений. Около 1% его входит в состав ряда дыхательных ферментов клеток и тканей.Железо является необходимым для жизнедеятельности элементом.

Хром и его соединения находят широкое применение в качестве окислителей при органическом синтезе, в синтезе лекарственных средств, в производстве красителей, текстильной и кожевенной промышленности, при изготовлении кинопленки, в металлургии и др..При избыточном поступлении в организм хрома существенно нарушается биологический процесс окисления. Хром угнетает тканевое дыхание, приводит к подавлению энергетического обмена в клетках. Хром способен аккумулироваться в организме человека, он легко проникает в легкие и накапливается в них. Токсическое действие хрома коррелирует с его валентностью. С увеличением его валентности оно увеличивается. Высшие оксиды хрома намного агрессивнее низших и оказывают более выраженное раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей и легочную ткань.В основе аллергических реакций и клинических проявлений токсического эффекта хрома лежит его способность к образованию комплексных соединений. Независимо от способа поступления в организм хром аккумулируется на длительный срок в печени, почках, селезенке, костях, костном мозге и легких. Выведение хрома из организма осуществляется в большей степени через почки и в меньшей степени – через кишечник.При хромовой интоксикации преимущественно поражаются органы пищеварения и органы дыхания. Развивается язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.Сульфаты являются одним из важнейших анионов и присутствуют практически во всех природных водах, бытовых стоках, сточных водах стекольной, бумажной, текстильной и других видах промышленностей, атмосферных осадках.Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисление сульфитов и серы.

Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком.Сульфаты выносятся со сточными водами предприятии стекольной, бумажной, мыловаренной, текстильной промышленностей, а также с бытовыми стоками и водами, выносимыми с сельскохозяйственных угодий.В речных водах и водах пресных озер содержание сульфатов часто колеблется от 5-10 до 60 мг/л, в дождевых водах – от одного до 110 мг/л воды. В подземных водах содержание сульфатов нередко достигает значительно более высоких величин. Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды. Повышение содержания сульфатов оказывают физиологическое воздействие на человеческий организм. Поэтому концентрация сульфатов в водах, используемых в целях водоснабжения.Сульфаты поступают в организм человека с пищей, водой, респираторным путем. При приеме внутрь они оказывают тормозящее действие на желудочную секрецию. Токсическое действие на детей проявляется при длительном употреблении воды с содержанием сульфатов в концентрации 600-1000 мг/л или 21 мг/кг массы тела.Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входит хлорсодержащие минералы, соленосные отложения с океанов, взаимодействия атмосферных осадков с почвами.

Возрастающее значение приобретают промышленные и хозяйственные сточные воды.Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью; слабовыраженной способностью к сорбции на взвесях и потреблением водными организмами.В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется от долей миллиграммов до десятков, сотен, а иногда и тысяч миллиграммов на литр. Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды, делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Концентрации хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут служить одним из критериев загрязненности водоемов хозяйственно-бытовыми стоками.В связи с хорошей растворимостью в воде хлориды, в первую очередь, поражают слизистую оболочку верхних дыхательных путей. При избыточном содержании в воде и попадании в организм соединений хлора возможна временная остановка сердечной деятельности.Нитраты – важный компонент азотистого обмена растений, однако большие дозы нитратов и их производных токсичны для человека и животных, поэтому в культурных растениях, употребляемых в пищу, их содержание контролируется. Введение в хозяйственный оборот новых дикорастущих растений, расширение сферы их использования также требует всестороннего изучения их химических параметров. В условиях техногенного загрязнения в растения попадают элементы; которые не играют существенной биохимической роли в развитии, однако они поглощаются растениями и вовлекаются в круговорот веществ: растения – животные – человек. К ним относятся хлорид-, фторид-, сульфат-, нитрат-ионы.Какое же влияние оказывают нитраты на организм человека?Известно, что основной «поставщик» нитратных соединений в растения – азотные удобрения. Бесконтрольное их применение ухудшает качество сельскохозяйственной продукции, что может отразиться на здоровье человека. Поэтому такое пристальное внимание к нитратам вполне естественно.Нитратные соединения, являясь естественной составной частью всех растений в том числе картофеля и овощей, постоянно (летом больше, зимой меньше) поступают в организм человека и при уровнях, не превышающих допустимые пределы, не вызывают вредных последствий. При избыточных же количествах в продуктах питания возможен токсический эффект особенно усиливающийся в том случае, когда нитраты влиянием определенных микроорганизмов в желудке животного или человека превращаются в нитриты. Попадая в кровь нитриты окисляют Fе2+ в Fе3+. При этом образуется метгемоглобин, неспособный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье человека и животного. Угроза для жизни начинает возникать тогда, когда уровень метгемоглобина в крови достигает 20% и выше.Значительное количество токсичных веществ может попадать на наш стол с питьевой водой. Доказано, что влияние нитрат-ионов, содержащихся в пище, почти на четверть слабее, чем растворенных в воде. Это обусловлено наличием в овощах витамина С.Растущий нитратно-нитритный прессинг представляет особую опасность для здоровья населения большинства стран СНГ, в частности, с точки зрения формирования онкологической заболеваемости. Показано, что поступление нитритов с водой даже на уровне предельно допустимой концентрации (1.0 мг/л О2) при определенных условиях может привести к образованию опухолей.Результаты экспериментальных и эпидемиологических исследований дают основание для серьезной озабоченности, т.к. свидетельствуют о возможной роли повышенной нитратно-ннтритной нагрузки в возникновении опухолей у человека.

Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni(лат. Niccolum). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой защитной плёнкой оксида. Химически малоактивен. Название своё этот элемент получил от злого духа гор, который, согласно немецкой мифологии, подбрасывал искателям меди минерал, похожий на медную руду; ср. нем. Nickel - озорник.

[править]История

Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из этой руды медьоказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол». Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зелёный окисел и путём восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож нажелезо; более подробно никель изучали многие химики, начиная сПруста. Никкел — ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искажённого Nicolaus — родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824).

[править]Физические свойства

Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень твёрд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом, проявляя магнитные свойства при температурах ниже 340 °C.

[править]Химические свойства

Дихлорид никеля (NiCl₂)

Атомы никеля имеют  внешнюю электронную конфигурацию 3d⁸4s². Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II).

Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом никель со степенью окисления +3 только в виде комплексных солей. Для соединений никеля +2 известно большое количество обычных и комплексных соединений. Оксид никеля Ni₂O₃является сильным окислителем.

Никель характеризуется  высокой коррозионной стойкостью — устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию — образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте.