Эколого-геохимическая роль меди, золота, серебра

учреждение образования

«Брестский Государственный университет

имени А.С. Пушкина»

 

Географический факультет

 

Кафедра физической географии

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по курсу «Геохимическая экология»

 

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ МЕДИ, ЗОЛОТА, СЕРЕБРА

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 3 курса

географического факультета,

специальности «География»

Вахильчук Анна Олеговна

 

Старший преподаватель:

Карпук Виктор Константинович

 

 

 

 

 

 

 

 

Брест 2014

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 Подгруппа меди — химические элементы 11-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы I группы). В группу входят переходные металлы, из которых традиционно изготавливают монеты: медь Cu, серебро Ag и золото Au.

Все элементы подгруппы являются относительно химически инертными металлами. Характерны также высокие значения плотности, но оносительно небольшие температур плавления и кипения, высокая тепло- и электропроводность.

Особенностью элементов подгруппы является наличие заполненного предвнешнего (n-1)d-подуровня, достигаемое за счёт перескока электрона с ns-подуровня. Причина такого явления заключается в высокой устойчивости полностью заполненного d-подуровня. Эта особенность обусловливает химическую инертность простых веществ, их химическую неактивность, поэтому золото и серебро называют благородными металлами.

 

1. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ МЕДИ

Красноватый пластичный металл. Число изотопов с учетом ядерных изомеров – 18. В природе распространены стабильные изотопы 63Cu и 65Cu (соответственно 69,17 и 30,83 %). Искусственные радионуклиды 64Cu и 67Cu короткоживущие (T1/2 = 12,7 ч. и 61,9 ч. соответственно). Радиус Cu+ – 96, Cu2+ – 72, атомный – 127 пм. Основные линии в атомном спектре – 324,754 (AA), 327,39 нм.

Кларк меди в земной коре составляет 5 ·10–3 % (5,3 .10-3), в кислых породах – 1 ·10–3 , в основных – 1 ·10-2 , почве – 2 ·10–3 , золе растений – 2 ·10–2 %, речных водах – 7 мкг/л.

В глубинных соединениях медь одновалентная, как в первичных сульфидах и куприте (Cu2O). Все остальные минералы отвечают валентности два. Разноквантовый характер в строении двухвалентной меди типа купро ведет к высокой поляризации и энергии решеток соединений, понижению растворимости при осаждении гидратов, сильному поглощению абсорбентами, окраске комплексных солей, увеличению летучести галоидных соединений, понижению твердости минералов. Для одновалентных соединений меди характерна слабая, для двухвалентных – сильная миграция ионов. Легко растворимы галоиды и сульфаты меди, но ее осаждают ионы CO3, SiO4, PO4, AsO4.

Медь легко отделяется от магмы при дифференциации основных пород. При гидротермальном процессе главное осаждение меди происходит около 400–300 °С. Эндогенные магматические концентрации связаны с основным (сульфидные медно-никелевые, колчеданные) и кислым (скарновые, меднопорфировые) магматизмом.

 В гипергенной обстановке медь фиксируется преимущественно анионами CO3, SiO3. Концентрации отмечены в зонах вторичного сульфидного обогащения, а также в терригенных осадках лагунных и дельтовых фаций.

Известно более 170 минералов меди, из них преобладают сульфиды (47 %), фосфаты (35 ), сульфаты (18 ) и галоиды (18 %). Промышленное значение имеют: самородная медь Cu (92 %), халькопирит (CuFeS2 – 4,5 ), борнит (Cu5FeS4, – 63,3); халькозин (CuS2 – 79,8), кубанит (CuFe2S3 – 22–24), ковеллин (CuS – 66,5), куприт (Cu2O – 88,8), малахит (CuCO3 Cu(OH)2 – 57,4), азурит (2CuCO. Cu(OH)2 – 55,3 %). Геохимические барьеры меди: сорбционный, нейтральный, восстановительный, термодинамический. Хорошо мигрирует в кислых водах окислительной и восстановительно-глеевой обстановок в форме комплексных соединений.

В организме человека содержится 72 мг меди: в печени – 30 %, кости и мышцы – 30 %. Суточное потребление с пищей 2–6 мг. Период полувыведения – 30 суток. Токсичная доза – более 250 мг.

 Медь  занимает второе место после  железа в качестве катализатора  окислительно-восстановительных процессов, кроветворения (участвует в синтезе коллагена, эластина, гемоглобина); в фагоцитозе; коррегирует функции витаминов A, B, P, PP, C; стабилизирует тиоловые группы. Голубая кровь с гемоцианином содержит медь. Улучшае работу аминокислоты тирозина. Естественные источники: телячья и баранья печень; эмментальский сыр, какао, пивные дрожжи, огурцы, фундук, шиповник, устрицы, рыба, соя, чечевица. Чем больше меди в пище, тем она хуже всасывается. Абсорбция меди ухудшается в присутствии элементов Mo, Ca, Zn, Cd, Pb, Mn.

Заболевания, вызванные недостатком меди: дисплазия соединительной ткани, нейродегенерация, гипохромная анемия, экзема.

Растения-концентраторы меди: бобовые.

Используется в технике и электронике.

 

2. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЗОЛОТА

Мягкий пластичный металл желтого цвета, устойчив к окислению. Число изотопов золота с учетом ядерных изомеров 39. Распространен в природе изотоп 197Au (100 %). Искусственных радионуклидов три: 195Au – (Т1/2 = 186,1 дня), 198Au – (Т1/2 = 2,693 дня), 199Au – (Т1/2= 3,14 дня). Распад идет с выделением β и γ частиц. Радиус Au+ – 137,Au3+ – 91, атомный – 144,2 пм. Основная линия в атомном спектре201,200 нм.

Кларк золота в земной коре – 0,11 · 10–6 % (3,5 . 10–7), золе растений –1 · 10–4 %, речных водах – 0,02 мкг/л.

В химии известны две валентности золота – 1 и 3. Характерна сильная поляризация, а ионный радиус близок к радиусу серебра, что приводит к образованию их сплавов в природе, отчасти с медью. Высокая плотность металла приводит к накоплению золота в россыпях.

Все свойства золота приводят к тому, что оно механически распыляется и дает коллоидальные растворы. Для золота характерно комплекс о образование. Коллоидные растворы и органические соединения бактерицидны.

Главнейшие минералы редкого, но вездесущего золота: самородное состояние, в соединении с металлами платиновой группы, сульфиды, теллуристые и селенистые соединения.

Гранитная магма при охлаждении дает пегматитовый остаток и ряд высокотемпературных газовых выделений, которые пространственное отделяются от гранита и по мере охлаждения дают начало погонам дестиллята, из них для золотого процесса характерны четыре:

– отщепление от эффузивных пород с накоплением теллура, селена и серебра;

– высокотемпературные отщепления типичных кварцевых жил с сульфидами, кристаллизация которых начинается около 400–450 °С и дает наиболее типичные золотые месторождения; 

– жильбертизация комплекса и образование кварцевых жил;

– в серии оловянных и вольфрамовых дестиллятов, следующих один за другим, образуется особый тип шеелито-золотых жил.

В эндогенных условиях золото имеет подкоровое происхождение, на что указывает высокий кларк в мантийных породах основного ряда, а также близкий к метеоритному (мантийному) изотопный состав С, О2, S, встречающихся в породах и рудах. Месторождения связаны с гранитоидами (гранодиоритами и плагиогранитами). Предполагается, что первоначально золото было привнесено в древние бассейны осадконакопления глубинными растворами и расплавами, затем происходила его концентрация в коровых очагах гранитной магмы. При длительном взаимодействии глубинных флюидных систем с золотоносными вмещающими толщами происходит многократная перегруппировка. Золото обособляется в подвижных постмагматических продуктах в форме тиосульфатных Au(S2O3)3– и хлоридных (AuCl2 2– и AuCl2 4–) комплексных водных растворов.

 Процесс  формирования крупных месторождений  золота является многоэтапным и начинался часто в докембрии и завершался в фанерозое. Золото имеет тесное сродство с Ag и Cu, с которыми оно образует твердые растворы и интерметаллические соединения. В природных процессах золото, серебро и медь ассоциируют с двумя плеядами элементов, которые являются соседями в Периодической системе Менделеева. С одной стороны, это Ni, Pt, Pd, Os, Fe, связанные с основными магмами, с другой – Zn, Hg, Pb, Bi, концентрирующиеся в кислых и средних магмах. Поэтому золото приурочено к медно-никелевым и свинцово-цинковым месторождениям.

Метаморфизм приводит к перераспределению и концентрации золота в виде крупных месторождений. Значительную роль в этом играют флюидно-метаморфические процессы, которые происходят в зонах динамометаморфизма среди черносланцевых толщ, обогащенных золотом, и в зеленокаменных поясах. При метаморфизме образуются золотоносные конгломераты.

В экзогенных условиях происходит высвобождение золота из пород и руд и его накопление в зонах окисления некоторых сульфидных месторождений (в железных шляпах) и россыпях речного и прибрежно-морского происхождения.

Известно 27 минералов золота, включая самородные и интерметаллические (с Ag, Hg, Cu, Pb). Главный минерал – самородное золото. Оно образует обособления в виде зерен, пленок, дендритов, реже кристаллических агрегатов. Другие минералы, как правило, промышленными не являются. К ним относятся интерметаллические соединения: электрум AuAg, аурокуприд AuCu3, ауростибит AuSb2, родит Au(Rh, Ir, Pd), кюстелит Ag(Au) и теллуриды – калаверит AuTe2, сильванит (Au, Ag)Te4, креннерит (Au, Ag)Te2, петцит Ag3AuTe2 и другие.

Геохимический барьер – биогенный. Миграция механическая. Подвижность золота активизируется микроорганизмами. Они же способствуют его концентрации.

В организме человека содержится в коллоидной форме около 60мкг золота. Суточное потребление с пищей – 0,01 г. Период полувыведения 40–120 суток. Коллоидное золото угнетает функции костного мозга, ингибирует уреазу, пероксидазу, амилазу. В организме химически инертный. Самородное золото выявлено в биомассе железобактерий, микроскопических грибах.

Растения-концентраторы: кукуруза, конский щавель.

Используется в ювелирном производстве, в электронике.

 

3. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ СЕРЕБРА

Мягкий металл с серебристым цветом. Число изотопов с учетом ядерных изомеров – 46. В природе распространены стабильные изотопы 107Ag (51,84), 109Ag (48,16 %). Искусственных радионуклидов два: 110Ag (Т1/2 = 249,8 д.), 111Ag (Т1/2 = 7,47 д.). Распад идет с выделением β и γ частиц. Радиус Ag+ – 113, Ag2+ – 89, атомный – 144,4 пм. Основная линия в атомном спектре – 328,068 нм.

Кларк серебра в земной коре равен 0,07 · 10–4 % (7,3 .10–6), почве – 1 ·10–5, золе растений – 1 ·10–4 %, речных водах – 0,3 мкг/л. Серебро образует характерные ионы типа купро, с сильной поляризацией и валентностью в геохимии равной единице. По ряду свойств оно примыкает к палладию. Нерастворимые и комплексные соединения серебра по свойствам близкие к золоту и меди, а легкорастворимые соли – к натрию.

С сильной поляризацией связана слабая электролитическая диссоциация атомов серебра в водных растворах. Высокий атомный радиус серебра тождествен атомному радиусу золота, что обеспечивает широкий диапазон взаимных сплавов серебра и золота.

 Тесная  связь серебра отмечается с  селеном, теллуром, сурьмой, мышьяком, в меньшей степени с висьмутом, таллием и галлием, а также с металлами – свинцом, золотом. Характерны галоидные соединения элемента с хлором, бромом, йодом. Минералы серебра в гипогенных условиях формируются при средних и низких температурах, начиная с геофазы пневматолитов средних и кислых магм.

Серебро входит в решетку сульфидов и сульфосолей меди и в состав теллуридов в небольших количествах. Ионы Ag входят в решетку самородного золота, достигая в экстремуме почти 50 мас.%. Оно может содержать до 20 % примесей различных металлов – Au, Cu,Fe, Bi, Sb, Hg.

Серебро образует пленки, дендриты, округлые, волосовидные выделения. Встречаются самородки массой до 20 т. Важное значение имеют (в %): аргентит AgS (87,1), электрум Au, Ag (15–50), прустит Ag3AsS3 (65,5), пираргирит Ag3SbS3 (65,5), пилобазит (Ag, Cu)16Sb2S11(62,1–84,9).

В эндогенных условиях серебро имеет ювенильный и мантийный источник и связан щелочно-базальтоидным магматизмом. В этом случае повышенные концентрации серебра встречаются в суьфидных медно-никелевых месторождениях. Собственно серебряные и серебряно-полиметаллические месторождения гидротермального генезиса связаны с магмами среднего и кислого состава, в том числе с вулканическими комплексами.

В вулканических областях рудоносные растворы, отлагающие серебро, могли иметь различное происхождение: магматическое, метеорное и океаническое. В гидротермальных растворах серебро находится в виде подвижных тиосульфатных и хлоридных комплексов.

В экзогенных условиях, в зоне окисления сульфидных месторождений, серебро переходит в раствор в виде сульфата или тиосульфата и переотлагается в самородной форме или в форме галоидов. В элювиальных, делювиальных и аллювиальных россыпях серебро на-капливается в незначительных количествах.

Известно более 62 минералов серебра, из них многочисленны сульфосоли (30), сульфиды (18), галоиды (10). Геохимические барьеры: восстановительно-сероводородный. Мигрирует в виде комплексного иона в кислых и щелочных водах окислительной обстановки.

В организме человека содержится 790 мкг серебра. Суточное потребление с пищей – 70 мкг. Период полувыведения – 80–160 суток.

 В организме  человека ионы серебра в количестве 0,5–1 мг/л в течение полуминуты  ослабляют вирус гриппа, в течение  часа убивают возбудителя брюшного  тифа, дифтерии, стрептококка и стафилококка. Ионы серебра проникают внутрь клетки бактерии, образуют нуклеаты и клетка отмирает. Они угнетают образование аминокислот опухолевой ткани. Аналогично действуют ионы ртути и меди. В ферментных системах серебро блокирует тиоловые группы.