Химические и физические свойства элемента

Содержание:

1. Введение:
1. Поведение химического элемента геосферы Земли для решения практических задач в области экологии, здравоохранения, сельского хозяйства и увеличение минерально-сырьевой базы…………………...3
2. Обзор литературы по данному элементу……………………………….8
2. Общая часть:
1. Химические и физические свойства элемента…………………………9
2. Распространенность элемента в природе………………………………13
3. Миграция элемента в природных системах…………………………..18
4. История геохимии элемента……………………………………………21
5. Элемент в природно-техногенных системах………………………….24
3. Специальная часть:
1. Геохимия элемента в экосистемах Вологодской области……………29
2. Методы определения элемента…………………………………………31
3. Методы удаления из питьевой воды…………………………………..32
4. Заключение………………………………………………………………….33
5. Список литературы…………………………………………………………35

1. Введение.

1.1. Поведение химического элемента геосферы Земли для решения практических задач в области экологии, здравоохранения, сельского хозяйства и увеличение минерально-сырьевой базы.

Использование никеля определяется его свойством противостоять коррозии, которое он придает и сплавам. Наибольшее применение никель находит в производстве нержавеющей стали и сплавов. К сплавам, в которых потребляется много никеля, относятся Cu, Fe, Mn, широко используемый в химической аппаратуре, судостроении, для изготовления отстойников и крышек; нихром и хромель (Ni, Cr), используемые в виде проволоки для реостатов, тостеров, утюгов, обогревателей; инвар (Ni, Fe), применяемый благодаря очень низкому коэффициенту расширения для изготовления маятников в часах и измерительных рулетках; пермаллой (Ni, Fe), используемый в технологии морских кабелей и электропередачи благодаря прекрасной магнитной восприимчивости; нейзильбер (Ni, Cu, Zn) – для изготовления домашней утвари; алнико (Ni, Co, Fe, Al) – мощный магнитный материал, используемый для изготовления мелкого инструмента, обладающего свойствами постоянного магнита. Никелевые покрытия давно применяют в декоративных целях и для защиты от коррозии многих основных металлов, хотя часто заменяют и хромовым покрытием (В. В. Иванов, «Экологическая геохимия элементов», 1996). [1]

На рост растений никель в обычных концентрациях оказывает благотворное действие, особенно на рост бобовых, у которых им обогащены корни, листья и семена. По данным М. Берроу и др. (1979) при увеличении рН с 4,5 до 6,5 содержание его уменьшилось в 8 раз. При недостатке железа в растениях никель вызывает хлороз, с его избытком также связывается снижение фиксации N2, подавление процессов фотосинтеза и транспирации. Овес испытывал негативное влияние при содержании никеля от 24 до 308 мг/кг сухой массы, а ячмень - при 26-50 мг/кг (появляются признаки хлороза). Избыток никеля замедляет поступление Fe от корней к наземной части. Однако, большинство растений особенно из семейства Boraginaceae, поглощает большее количество никеля. На серпентинитах в них может быть до 19000 мг/кг (зола), а в Hybanthus - до 6542 мг/кг при содержании его в почвах до 5000 мг/кг. [1]

Количество никеля в растениях существенно меняется даже на незагрязненных почвах, однако у одних и тех же видов оно оказалось близким для различных районов. Так, среднее генеральное (мг/кг сухой массы) для трав 9 стран составило 0,95±0,2 при колебаниях от 0,1 до 1,7, а для клевера 1,7±0,3 (от 1,2 до 1,9). [1]

Содержание никеля в пшенице из разных районов относительно стабильно (изменяется от 0,2 до 0,6), а концентрация его в зерновых оценивается в среднем в 0,5 мг/кг (за исключением экстремальных содержаний в пшенице (х = 3,6) и овсе (х = 2,5)) из бывш. СССР, а также для Канады (х = 2,8). Данные по содержанию Ni (мг/кг сухой массы) обобщены в: фасоль (семена) 2,3 (24 в пересчете на золу); капуста (листья) 3,3; горох 2,5; салат (листья) 1,5; лук и огорцы 13 (зола). В сосне никель концентрируется (мг/кг сухой массы) в однолетней хвое - 6; в остальных частях 0,3-1. [1]

Наибольшее накопление никеля среди видов растений (10 % в пересчете на золу) отмечено у Alussum bertolonii; по А.А. Беусу и др. бурачек, грудницы содержат его 10 %, вороника 6,5 и черника 6,0 %. Преимущественно он накапливается в корнях, но в условиях среднегорного лесного ландшафта (Урал) - в листьях. [1]

Для растительности океанов и континентов оценка генерального среднего значения содержания никеля 3 г/т сухого вещества (зола 40 г/т), для фитопланктона океана 36 г/т (А. Кабата - Пендиас, Х. Пендиас, «Микроэлементы в почвах и растениях»,1989). [1]

Кларк никеля для животных (мг/кг сухой массы): морские 0,4-20,5; наземные 0,8; для бактерий 6,0. По более поздним данным, для океанического планктона средний показатель 10 г/т, фито- 10 и зоопланктона 7, для океанической взвеси 70 и пеллет 20 г/т. [1]

Содержание никеля у наземных животных ниже, чем у морских; в сухом фитопланктоне -36, сыром -7 г/т; по В.В. Добровольскому, среднее значение для сухой фитомассы -2 и живой -0,8 г/т. По АЛ. Лисицину, для фитопланктона морей содержание никеля составляет (мг/кг живой массы): фито- 4,0, зоо- 0,8, для океанов соответственно 3,2 и 1,5. [1]

Зоогеохимически в окружающей среде никель считается жизненно важным и относительно токсичным (примерно в одинаковой степени для животных и человека) или сильно токсичным. Известно также, что некоторые его соединения .концерогенны, и являются сильными аллергенами, однако специальное изучение растворимых его содержание для животных и человека еще не завершено. [1]

В отечественных продуктах питания содержание никеля (мкг/кг): пшеница 220-520, рожь 300, овес 800, чечевица 1610, крупа овсяная 483, манная, гречневая 101, рисовая 20, пшено 88, толокно 330; овощи 30-150; фрукты 80-170; мясо 13-120; субпродукты 630: рыба 60-70, кальмар. [1]

Высокое содержание никеля характерно для табака (от 0,4 нг до 3 мкг на одну сигарету), вина (100 мкг/л) и пива (50 мкг/л), а также для овсяных, бобовых и др. [1]

Биологическое воздействие никеля на животных изучено слабо. Он присутствует в РНК, активизирует несколько ферментных систем (аргиназу, карбоксилазу, трепсин и др.), в малых дозах увеличивает число эритроцитов и ратикулоцитов. В районах, обогащенных никелем, у овец повышена заболеваемость глаз, у людей часто встречается бельмо; он преимущественно концентрируется шерстью (1385 мкг-л), кожей (480 мкг-л), рогами (303 мкг-л). Всасывание его происходит в верхних отделах тонкого кишечника и не должно превышать величины 0,03-0,06 (в среднем 0,05), всасывание NiO несколько меньше - 0,01. ( «Справочник по геохимии»,2004). [1]

В ряду снижающейся стабильности комплексов металлов с глицином, 1,2-этилендиамином, аминокислотами никель занимает высокое положение, что может свидетельствовать об устойчивости его биокомплексов и повышенной биологичности. Это же подтверждается близостью никеля к началу ряда изменения мягкости кислот Льюиса. [1]

Доказано, что никель стабилизирует структуру РНК и ДНК, а также рибосом, однако установленные ранее хромосомные нарушения под воздействием Ni и Ni8S2, NiS оспариваются. Точно установлена токсическая активность никеля к генам, но механизм неясен, так же, как в случае концерогенеза и других заболеваний, которые носят профессиональный характер и требует дальнейшего изучения. [1]

По медицинским данным, систематизированным в работе А.П. Овцына и др. при избытке никеля отмечались нарушение подвижности сперматозоидов, увеличение щитовидный железы, угнетение активности аденилагциклазы, аллергические и др. болезненные состояния. Профессиональные интоксикации приводят к литейной . лихорадке и заканчиваются слабостью, ритином, отеком легких, пневмонией, гепатитом, пиррозом, дерматитом, раком слизистой носа и легких. У животных установлена эндемическая катаракта. Никель - дефицитные состояния у человека не зарегистрированы. На его счет отнесено около 15 патологий. У животных отмечались задержка роста, повышение смертности потомства, снижение уровня гемоглобина, гематокритного числа, нарушение кожи, репродуктивной функции у коз и атрофия семенников. [1]

Содержание никеля в различных средах и органах человека, по обобщенным данным, оценивается (мг/л): кровь общая 0,005-0,10, эритроциты 0,08±0,02 , плазма 0,054±0,005, сыворотка 0,03±0,005; мозг 0,1-0,4; волосы 3±0,5; сердце 0,23, почки 0,6-1,8, печень 0,11-0,32, легкие 0,06-0,47; молоко 20-83; мышцы 0,2-0,4; кожа 0,05; селезенка 0,7; зубы 1,35. По Л.Р. Ноздрюхиной (1977), у больных атеросклеротическим кардиосклерозом, хронической коронарной недостаточностью, холециститом и циррозом печени содержание никеля в крови снижается. У больных и здоровых людей в печени количество его соответственно 0,94±0,13 и 3,112,7, в селезенке 1,4±0,2 и 2,1±0,6 мг/кг. [1]

Заболевания раком, наоборот, сопровождается повышением содержанием его в моче и крови. Ежедневный прием его с пищей 0,3-0,5 мг; токсичная доза 50 мг (для крыс); средняя концентрация в организме человека 1 мг. [1]

Отмечалось, что женщины на порядок чувствительнее к никелю, чем мужчины. По данным В.М. Лившиц (1969), с возрастом его содержание  повышается (мкг/100 г. массы влажной ткани) в печени с 14 до 21, в костном мозге с 19 до 33, в крови с 7 до 10, в селезенке с 18 до 23, но снижается в сердце с 8 до 3 и почках с 12 до 5. Значительное увеличение его в крови (50 мкг-л) отмечено при остром лейкозе. Вообще же существует мало данных об избирательном накоплении этого элемента в различных тканях. Суточная потребность взрослого человека - 0,3-0,5 мг. Рекомендуемый уровень его содержания в моче, по Э.Н. Левиной (1972), 1 мкг/л. Объем задержки никеля в организме равен 350 сут; общая кратность накопления 25. [1]

Большое количество никеля поступает в организм человека с пищей  500 нг/сут. и с курением (в сигарете 0,4 нг), причем ингаляционный путь поступления этого металла самый опасный, хотя и считается, что такие дозы для здоровья не вредны ( И. А. Рохляр, «Влияние химических элементов на человека и животных», 2003). [1]

Никель — основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В Евросоюзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека. [1]

Карбонил никеля [Ni(CO)4] — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0.0005 мг/м³.  [1]

В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давления. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах. [1]

Биологическая роль: никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе для различных соединений составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (В.В. Иванов «Экологическая геохимия элементов», 1996). [1]

1.2. Обзор  литературы по данному элементу.

Литература по данному элементу немногочисленная, так никель начали активно изучать недавно. Не смотря на это, изученность его имеет большой интерес для различных областей деятельности. В книге В. В. Иванова «Экологическая геохимия элементов» представлена информация для специалистов по геохимии, и занятых изучением почв и миграцией элементов в почвах. В данной книге имеется много специальных терминов. Остальная литература имеет интерес как для студентов, так и для абитуриентов по различным специальностям.

Противоречивость литературы не наблюдается. Каждая литература дополняет предыдущую, а иногда и повторяет ее. Полных данных по никелю не представлено ни в одной литературе, возможно причина в разной специфике книги, или разной направленности книги.

Книга А. Кабата – Пендиас, Х. Пендиас имеет интерес для экологов, так как в ней имеется информация о содержании никеля в почвах и растениях, а также последствия при не правильной эксплуатации земель и влияние никеля на организм живых организмов и человека.

Остальная литература  имеет интерес для специалистов по геохимии

2. Общая часть.

2.1. Химические  и физические свойства элемента.

НИКЕЛЬ (niccolum) металлический химический элемент VIII B подгруппы периодической системы элементов, член триады железа Fe, Co, Ni.. Широко известен как компонент монетных сплавов с драгоценными металлами; используется также в технологии коррозионностойких покрытий, получаемых методом гальванотехники. Основные руды никеля – никелин (купферникель) NiAs, миллерит - NiS, пентландит - (FeNi)9S8 – содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают никель, содержат примеси кобальта, меди, железа и магния. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Мировым лидером по добыче никеля является Россия, затем идут Канада, Австралия, Куба, Новая Каледония и Индонезия. [2]