Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ.................................................................................................................3

І БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛҒА ЖАЛПЫ СИПАТТАМА.....................................4

1.1.Ауыр металдар.........................................................................................5

1.2.Ауыр металдардың физика-химиялық сипаттамасы....................................

1.3. Топырақтың ауыр металдармен ластануын зерттеу нәтижелері................

II БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛДЫҢ АДАМ АҒЗАСЫНА ӘСЕРЛЕРІ....................

2.1. Адам ағзасына кері әсерлері...........................................................................

2.2. Ауыр металдармен ластану............................................................................

III БӨЛІМ. Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері.....................

3.1. Өсімдіктерге металдардың  әсері…..............................................................

3.2. Ауыр металдардың экологиялық рөлі.........................................................

3.3. Өсіміктердегі ауыр металдардың мөлшері. Кеніштен қашықтаған сайынғы өсімдіктердегі ауыр металдардың мөлшері........................................

ҚОРЫТЫНДЫ

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

ҚОСЫМШАЛАР

                                           

 

 

 

 

КІРІСПЕ

Қазақстан Республикасында  түсті металлургия  өндірісі қарқынды дамыған.

Оңтүстік Қазақстан облысындағы  Шымкент қаласының территориясында 

орналасқан “Южполиметалл” ӨК ЖАҚ-нан бөлінетін қалдық заттар ұзақ

жылдар бойы табиғи ортаны ластауда. Олардың ішіндегі негізгілері  – ауыр

металдардың ауаға, топыраққа, суға таралу дәрежесі артуда. Ауадағы  ауыр

металдар жел арқылы тараса, ал топырақта ортаңғы қабаттарға дейін өтіп,

өсімдік тамыры арқылы өсімдік  ағзасына  тасымалданып өз зиянын тигізуде.

Атап айтқанда, Шымкент  қорғасын өндірісінен бөлінетін  негізгі ауыр

металдарға – қорғасын, мыс , кадмий , мырыш жатады. Олардың  ішінде

қорғасын  мен кадмий өте  улы металдар. Ауыр  металдардың  қоршаған

ортаға таралуы белгіленген  санитарлық  мөлшерден асып кетсе, тірі ағзаларға 

ауыр металл иондары кері әсерін тигізеді. Сондықтан олардың  қасиетін

зерттеумен  қатар, қоршаған ортаны  тазарту жолдарынан іздестіру   өзекті 

мәселелерінің  бірі болып  отыр.

 

 

 

 

 

 

І БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛҒА ЖАЛПЫ  СИПАТТАМА

1.1.АУЫР МЕТАЛДАР

       Ауыр  металдар – тығыздығы темірдің тығыздығынан (7,874 г/см3)   артық    болатын түсті металдар тобы.  Оларға мырыш, қорғасын, қалайы, марганец, висмут, мыс,сынап, сүрме, никель, кадмий жатады. Ауыр металдардың көптеген қосылыстары, әсіресе, тұздары организм үшін зиянды. Олар тағам, су, ауа арқылы ағзаға түскенде ыдырамайды, кейбір органдарды (бүйрек, бауыр, буын, т.б.) жиналып, денсаулыққа қауіп төндіреді. Сондықтан Ауыр металдардың қоршаған ортадағы мөлшері белгіленген шамадан аспауы керек. Ауыр металдарға атомдық массасы 50 атом бірлігінен асатын немесе алтыдан аса тығыздықтағы қырық элемент жатады. Қауіпті ластаушылардың саны сыртқы ортадағы токсиндік, тұрақтылығын, жинақталуы мен аталған металдардың таралу масштабын ескергенде айтарлықтай аз. Ауыр металдар көптеген ферменттер құрамына кіріп биологиялық процестерге белсенді қатысады. «Ауыр металдар» тобы көбіне «микроэлементтер» түсінігімен сәйкес келеді. элементтердің экзогендік, жоғары концентрациясына «микроэлементтер» термині жарамайды. Ең алдымен өндірісте кең ауқымда және көп мөлшерде қолданылатын металдар зиянды. Олар биологиялық белсенді және токсинді. Ауыр металдардың табиғи ортаға түсуі табиғи (тау жыныстары мен минералдардың үгілуі, эрозиялық процестер,жанартау атқылауы) және техногенді (пайдалы қазбаларды өндіру, өңдеу, жанармай жағу, көлік, ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Өндіру мен өңдеу табиғи ортаның металдармен ластанудың күшті көзіне жатпайды. Бұл өндірістердегі ластанушы заттардың қалдығы жылуэнергетика қалдықтарынана әлдеқайда аз. Металлургиялық емес өндіріс, нақты айтқанда көмірдің жануы биосфераға ауыр металадардың түсуінің басты көзі. Жанармай жануынан атмосфераға тасталатын қалдықтар ерекше маңыды.

4

 

Мыс: сынап, кадмий, кобальт, мышьяктың мөлшері өдірілетін металдардан 3 8 есе көп. ЖЭС-ның бір қазаношағы көмірмен жұмыс істеп, атмосфераға  жылына 1-1,5 т сынап буын шығарады. 
Атмосфера ауасында ауыр металдар органикалық және бейорганикалық қосылыс, шаң-тозаң және газ тәріздес түрінде болады. Осы орайда қорғасын, кадмий, мыс, мырыш аэрозольдері субмикронды диаметрі 0,5-1 мкм б-лшектерден6никель және кобальт аэрозольі ірі дисперсті бөлшектерден тұрады (1 мкм аса). Металлургия өндірісінде Ауыр металдар қалдықтарыкөбіне ерімеген күйде болады.

2.2.Ауыр металдардың физика-химиялық сипаттамасы

Ауыр металдардың ішінде қоршаған ортаны ластауына, азық-түлік  өнімдерінде және өсімдіктер, жануарлар  мен адам ағзасындағы әртүрлі  мүшелерде жинақталу қабілетіне және улылығына қарай ерекше орын алатындарының қатарына – қорғасын  жатады.Қорғасын – элементтердің  периодты системасында ІV-топта орналасқан химиялық элемент. Атомдық номері 82, атомдық салмағы 207,2. Қосылыстарында +2 және +4 тотығу дәрежелерінде кездеседі. Қорғасын – көгілдір-сұр түсті  жұмсақ металл. Қатты күйдегі тығыздығы  - 11,336 г/см³, ал ерітілген кезде (балқу температурасына жақындағанда) -10,686 г/см³ тең. Балқу температурасы- 327,4 ⁰С. Табиғатта 3 тұрақты изотопы  Рb 204,  Pb 207,  Pb 208 кездеседі.  Химиялық қосылыстарының көпшілігінде қорғасын 2 валентті.

      Мұндай қосылыстары негізінен тұздар. Олар Рb²⁺ катионын түзе диссацияциаланады, бірақ РbО^-₂ анионды плюмбит – тұздар да кездеседі. (Na₂РbO₂). 4 валентті қорғасын қосылыстары өте сирек кездеседі. Олар РbО₃ ^2-  және РbО₄^4- аниондарын түзетін плюмбаттар (СаРbО₃) және кейбір комплексті қосылыстар. Рb⁴⁺ катионы РbСІ₄, Рb (SO₄)₂ және т.б. бірқатар

5

тұздардың құрамына кіреді.  Ауада қорғасын тез тотығып жұқа жарғақпен қапталады. Рb – коррозияға өте төзімді метал. Ол кейбір қышқылдарда (НСІ, Р₂ SO₄), сілтілерде, тұздарда амиакта әлсіз ериді. Сүйытылған қышқылдарда мүлдем ерімейді. Қорғасынның мұндай беріктігі оның сыртында жұқа жарғақ ретінде ерімейтін тұздар – қорғасын хлориді, қорғасын сульфаты және негізгі қорғасын корбанатының 3 РbСО₃ Рb(ОН)₂ түзілуімен түсіндіріледі. Алайда қорғасынды азот қышқылы, сірке қышқылы, борфторсутек қышқылы (НВҒ₄) және т.б. бірқатар заттар ерітуге қабілетті. Концентрациялы күкірт қышқылын қыздыра отырып, қорғасынды интенсивті ерітіп Рb(НSO₄)₂ қышқыл тұзын алуға болады.Қорғасынның барлық еритін қосылыстары улы. Ауада қорғасын тез тотығып, жұқа жарғақпен қапталады. Қорғасынды ауада қыздырса оңай тотығып, қорғасын тотығы Рb₂О түзіледі, ары қарай температураны көтеріп балқытса, сары түсті ұнтаққа айналады. Қорғасын   өзінің химиялық және биологиялық қасиеттеріне қарай топыраққа  және тірі организмге сіңірілуге  өте бейім элемент. Ауыр металдар өсімдіктерге 2 жолмен, яғни топырақтан тамыры арқылы және атмосферадан жапырақтары арқылы  түседі. Бізге дейінгі зерттеулердің нәтижесіне сүйенетін  болсақ, Шымкент қаласының топырағында  ауыр металдардың мөлшері өте жоғары . Атап айтқанда “Южполиметалл” ӨК ЖАҚ өндірістік  ауданындағы  топырақта қорғасын мөлшері  900-1000 мг/кг, ол белгіленше  шекті концентрациядан 2-31 есе жоғары.

       Қорғасын-уран, актиний, торий элементтері радиоактивті ыдырауының соңғы өнімі болып табылады. Ол табиғатта қорғасын жарқылы PBS түрінде кездеседі.Қорғасын- көкшіл сұр түсті, жұмсақ металл. Ауада тотығып, оксид қабығымен қапталып тұрады.  Қорғасын радиоактивті сәулені, әсіресе ў- сәулесін жақсы жұтады. Сондықтан оны радиоактивті сәулелерден сақтану үшін пайдаланады. Оны түрлі құймалар (баспахана құймасы, баббит) алу үшін, аккумулятор жасау үшін кеңінен қолданады. 

6

Қорғасын сұйылтылған  қышқылдарда ерімейді. Тек концентрлі қышқылдарда ғана ериді. Ол активтік қатарда сутегінен кейін орналасқандықтан қышқылдардан сутегін бөле алмайды. Қорғасын оттегімен +2 және +4 тотығу дәрежесін көрсетіп екі түрлі оксид түзеді ( PbO және PbO₂). Сонымен қатар аралас оксидтері де белгілі Pb₂O₃, Pb₂O₄ Алайда қорғасынның +2 тотығу дәрежесін көрсететін қосылыстары тұрақты. Қорғасын ( || ) оксиді сары және қызыл түсті болады. Көп уақыт қыздырған кезде ол қорғасын бояуына (сурик ) Pb₃O₄ айналады.   Қорғасын ( || ) тұздарын плюмбиттер дейді. Қорғасын ( |V ) оксиді PbO₂- қоңыр ұнтақ зат, бұл да амфотерлі оксид, дегенмен қышқылдық қасиеті басым. Оған метақорғасын H₂PbO₃ және ортоқорғасын H₄PbO₄ қышқылдары тән. Бұл қышқылдар бос күйінде жоқ. Алайда, оның тұздары, метаплюмбаттар және ортоплюмбаттар белгілі. Мәселен, қорғасын аралас оксиді деген Pb₂O₃ қосылысын Pb  PbO₃ – қорғасын метаплюмбаты, ал Pb₃O₄ - ті - Pb₂PbO₄- қорғасын ортоплюмбаты деп қарастыруға болды.

 

2.3. Топырақтың ауыр металдармен ластануын зерттеу нәтижелері

      Ауыр металдар  – қоршаған ортаға көп мөлшерде  түскенде организмдерді уландыратын  металдар. Бұл терминмен соңғы  жылдары тек қана мынадай элементтер: қорғасын, мырыш, кадмий, сынап, молибден, марганец, никель, қалайы, кобальт, титан,  мыс, ванадий аталады. Бұл элементтер  қоршаған ортаға түскенде экожүйелердің  өздігінен тазалану процесімен  ыдырамайды. Олар топырақта жинақталып, өсімдіктерге өтіп, әрі қарай  биологиялық айналымға түсіп  отырады. Биологиялық тізбек: топырақ  - өсімдік – адам, топырақ - өсімдік  – адам, топырақ – су – адам  және топырақ – атмосфералық  ауа – адам арқылы адам организміне  өтіп, олар әр түрлі ауруға  шалдықтыратыны белгілі.  

7

Біз Ақшабұлақ кен орыны  маңайындағы әртүрлі қашықтықтағы топырақтардан сынамалар алып, зерттеу  жұмыстарын жүргіздік (2-кесте).  

2 - кесте.   Ақшабұлақ  кен орыны маңайындағы топырақтағы  ауыр металдардың мөлшері, мг/кг                                                   

Ауыр металдар	Топырақтағы мөлшері, мг/кг
	500 метр арақашықтықта		1000 метр арақашықтықта		1500 метр арақашықтықта		2000 метр   арақашықтықта		500-2000 м арақатынас мөлшері
	n	%	n	%	n	%	n	%	Р
Cu	10,0	100	5,0	70	5,0	50	3,0	30	0,999
Cd	0,3	100	0,1	66,6	0,1	33,3	0,05	16,6	0,95
Pb	5,0	100	2,7	60	2,7	54	2,0	40	0,99
Zn	30,0	100	15,0	53,3	15,0	50	12,0	40	0,999

 

 Қорғасынды анықтау  әдісі. Әдіс қорғасын иондарының (Pb²⁺) сынап тамшылы электродта тотықсыздануына негізделген. Бұл әдіспен сынамадағы 0.5 мкг мөлшердегі қорғасынды анықтауға болады.

Құралдар мен реактивтер ׃

1.Полярограф, полярографиялық  ұяшық ׃ анод – қаныққан каломельді электрод, капилляр ( t › 05.0 сек. ).

2.Газды баллон ׃ аргон немесе азот.

8

3.Су моншасы.

4.Муфель пеші.

5.Эксиктор.

6.Фарфор немесе кварц  тиглдер.

7.Филтерлеуші воронка  ( 3 – 5 см ).

8.Өлшегіш цилиндрлер, пробиркалар, 10 мл.

9.Яшма езгіш.

10.Колбалар, 100 мл – 1000 мл.

11.Қорғасын металы.

12.Тұз қышқылы, конц. 

13.Азот қышқылы, ерітілген  ( 3 ׃ 2 ).

Стандартты ерітінді ׃ 0.1 г қорғасынды  250 мл колбаға салып 20 мл

сұйытылған ( 2 ׃ 2 )азот қышқылын құяды.

  Еріген соң ерітіндіні  буландырады ( 3 – 5 мл дейін  ), 15 мл тұз қышқылын ( сал. салмағы  1,19 ) қосып тағы 3 – 5 мл дейін  буландырады.Осы жұмысты тағы 2-3 рет жүргізеді, содан соң 20 мл 20 % тұз қышқылын қосып, қорғасын  хлоридінің қызғылт ерітіндісі  түзілгенше қыздырады. Ерітіндіні 1 литрлік колбаға құйып, колбаны  бірнеше рет 20 % тұз қышқылымен  шайып негізгі ерітіндіге қосады. Ерітіндіні 20 % тұз қышқылымен белгісіне  дейін жеткізіп араластырады. Осы  ерітіндіден 10 мл пипеткамен алып  өлшегіш 100 мл – лік колбаға  құйып дистилденген сумен белгісіне  дейін жеткізіп араластырады. Алынған  ерітіндінің құрамына 10 мкг/ мл  немесе 10 мг / л қорғасын болады.

 

9

Жұмыс барысы. Зерттеуге  арналған топырақ сынамасын көлеңкеде  құрғатады.Топырақ сынамасын үлкен  фарфор тиглде ұнтақтап 1 – 2 мм тесікті електен өткізеді. Осылай ұнтақталған татпадан 200 – 300 г орташа сынама алынады, қайта ұнтақталады. Капрон електен өткізіліп 10 – 20 г топырақ сынамасы алынады. Бұл топырақты агат немесе хелцедонды табақшада қайта ұнтақтайды. Осы ұнтақтан 1 г топырақ сынамасы алынып, фарфор немесе кварц тиглге салынып, 10 – 15 тамшы күкірт қышқылы            ( конц. ) тамызады да 15 – 20 сағатқа қалдырады. Содан соң құм үстіне қыздырып қышқыл қалдығы ( SO₃²⁺ ) буланып кеткенше ұстайды және муфель пішінде 450 – 500°С дейін күйдіреді ( 1 сағат ). Күйдірілген топырақты эксикаторда суытып 20 % тұз қышқылы ( HCl ) 10 мл қосып, 2 – 3 рет қыздыра отырып ерітеді. Фильтрленген соң фильтраттың көлеміне 50 мл жеткізіп, әбден араластырады. Фильтраттан 5 мл алып полярографтың ұяшығына құяды, инертті газды 10 – 15 мин.жібереді, ерітіндіні 3 мин. Қалдырып, соңынан дифференциалды полярограммасын алады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

      II.БӨЛІМ АУЫР МЕТАЛДЫҢ АДАМ АҒЗАСЫНА  ӘСЕРЛЕРІ      

                                  2.1. Адам ағзасына кері әсері

      XX ғасырдың 40-шы жылдарынан бастап биосфера қорғасынмен қарқынды ластана бастады. XX ғасырдағы адамның қаңқасында қорғасын 1600 жыл бұрын өмір сүрген адам сүйегімен салыстырғанда 700-1200 есе артық екендігі анықталды. Химиялық ластағыш заттардың адам ағзасына әсерін екі түрге бөлуге болады: арнайы - ағза жүйесіне және мүшелерге талғап әсер ету нәтижесінде белгілі бір аурулар тудыратын және арнайы емес, бұл кезде элементтердің әсері басқа да факторлармен этнологиялык байланысқан аурулардың өсуіне мүмкіндік туғызады.

     Қорғасын -Тау  жыныстарының құрамындағы қорғасынның  орта мөлшеріне қарап, зерттеушілер  оны сирек кездесетін элементтердің  қатарына қосады. Бұл элемент  негізінен сульфидты жыныстардың  құрамында жиналады. Олар жер  бетінің әр түкпірінде көптеген  аймақтарда тараған. Кенді балқыту  арқылы оны оп - оңай бөліп алады.  Қорғасын жер қыртысында галенит  (PbS) түрінде де кездеседі. Жер  қыртысындағы қорғасын сумен  шайылады және магмалық жыныстардан  да босап шығады, сөйтіп, жер бетіндегі  ағын сумен бірге біртіндеп  мұхитқа түседі. Қорғасынның ионы (Pb2) тұрақты емес, сол себепті  ол мұхит суында көп болмайды (10-8 %). Ащы суға қарағанда қорғасынның  тұщы судағы мөлшері көбірек.  Геохимиялық айналымда бұл элемент  тұрақсыз болғандықтан оның топырақтағы  орта  мөлшері жер қыртысындағы  орта деңгейіне сәйкес келеді. Ғылыми әдебиеттерде бар мәлеметке  жүгінсек, бұрынғы Одақ көлеміндегі  топырақтағы қорғасынның орта  мөлшері  1,2^. 10^-3 %  шамасында.  Ауыр металдардың ішінде қазіргі кезде биологиялық тұрғыдан жан-жақты көбірек зерттеліп жүргені- қорғасын. Әлемде жыл сайын өндірістік және тұрмыстық мақсатқа 3,0 млн тонна қорғасын тұтынуға түседі екен.Алайда, топырақтағы

11

және өсімдіктегі қорғасын мөлшерінің арасында  тікелей корреляция барлық уақытта байқала бермейді. Бұл жағдайда ең басты рөл атқаратын топырақтың механикалық құрамы, ондағы органикалық заттың қоры, ортаның рН, топырақтағы қорғасынның химиялық қосылыстары мен өсімдіктің түрі. Әдетте механикалық құрамы жеңілдеу және құрамында органикалық зат тапшы немесе реакциясы қышқылдау топырақтарда қорғасын көбінесе оңайалмасуға бейім сіңірілгенкүйде болады. Сол себепті органикалық затқа бай, реакциясы бейтарап немесе сілтілеу болатын саздақ топырақтардағы өсімдікте қорғасын көбірек жиналады.

        Мыс - Тегі жағынан халькофильдік металдардың бірі. Табиғатта мыс екі тұрақты изотоптардан тұрады:  ⁶² Cu (69,1%) және  ⁶⁵ Cu (30,9% ). Массаға шаққанда мыстың жер қыртысындағы орта мөлшері (кларк) – 4,7х10^-3%. Бұл метал жер қыртысының терең қабатындағы ыстық суларда, сондай-ақ жер бетіндегі биосфералық салқын ерітінділерде де күшті миграцияланады. Табиғи сулардағы мыс сульфидтері күкіртті сутекпен (Н₂ S) қосылып шөгіндіге түседі. Құрамында мыс бар көптеген минералдардың ішінде басым көпшілігі сульфидтер, фосфаттар, сульфаттар, хлоридтер, карбонаттар, тотықтар. Ығалы көп топырақтардағы тірі ағзалар, әсіресе өсімдіктер мен жануарлар мыстың жетіспеуінен улкен қорлық көреді, нәтижесінде әр түрлі ауруларға шалдығады. Далалық және шөлейт далалық құрғақ жерлерде топырақ ерітіндісінің реакциясы әлсіз сілті болғандықтан олардағы мыс шынына көп жылжымайтын күйде болады. Құрамында мысы бар минералды өндіретін жерлерде топырақ пен өсімдікте мыстың мөлшері шамадан тысартық болатын көрінеді. Өсімдіктің қайсысы болса да ауыр металдан улануы оның тек тамыр арқылы өткен мөлшерімен ғана шектелмейді. Металдар атмосферадан жапыраққа түсіп, онан клеткаға өтеді. Бұл ауыр металдардың бәріне тән ерекшелік. Жапрақ арқылы өсімдікке өткен  мыстың биохимиялық реакцияларға тигізетін зияны аз емес.