Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2010

Журнал Химиков-Энтузиастов





Как исследуют миграцию металлов в природных водах


В.Н. Витер, А.В. Зубко

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Тяжелые металлы играют важную роль в жизни водоемов. Некоторые металлы являются микроэлементами, которые необходимы всем живым организмам. В качестве примера можно привести: медь, цинк, железо, кобальт и марганец. Когда содержание этих металлов становится слишком высоким, из полезных микроэлементов они превращаются в опасные загрязнители. Повышенное содержание тяжелых металлов в природных водах часто обусловлено деятельностью человека. Именно благодаря антропогенным загрязнениям в реки и озера попадают большие количества никеля, свинца, хрома, кадмия, ртути, которые обычно содержаться в природных водах в очень небольших количествах.

Кроме растворенных солей, в пресных природных водах содержится много растворенных органических веществ, а также органических и минеральных коллоидов (т.е. частиц очень маленького размера). Основная часть органических веществ в пресных водоемах представлена гуминовыми и фульвокислотами. Эти кислоты способны связывать тяжелые металлы в очень прочные комплексы. Такие комплексы могут быть насколько стойкими, что катионы металлов невозможно обнаружить обычными методами анализа - до тех пор, пока не будет разрушен органический лиганд.

Некоторые ученые пытались моделировать природную воду, растворяя в дистиллированной воде различные соли. Разумеется, эти попытки не принесли положительных результатов, поскольку в модельных растворах отсутствовали природные органические вещества. С другой стороны, в природных водах происходит постоянный обмен металлами между растворенной формой, частицами коллоидов и донными отложениями. Коллоиды способны активно сорбировать тяжелые металлы. Со временем коллоидные растворы коагулируют, в результате чего загрязнения оседают на дно. Если поступление тяжелых металлов прекращается, поверх загрязненного ила образуется свежий слой "чистых" донных отложений. В результате тяжелые металлы изолируются и выводятся из экосистемы. Вода самоочищается. Именно так водоемы справляются с последствиями антропогенных аварий.

К сожалению, процесс перехода загрязнителей в донные отложения может быть обратимым. При некоторых условиях, тяжелые металлы опять попадают в воду. Это приводит к серьезным экологическим катастрофам. Например, в Днепровских водохранилищах содержится много марганца. При обычных условиях марганец быстро окисляется кислородом и оседает на дно в виде MnO2·nH2O. Однако если возникает дефицит кислорода в придонном слое (т.е. создаются анаэробные условия), марганец восстанавливается до катиона Mn2+ и переходит в раствор. Этот процесс может происходить довольно быстро и приводит к массовому замору рыбы.

Чтобы предотвратить такие катастрофы, необходимо знать поведение тяжелых металлов в системе природная вода - коллоиды - донные отложения. Для этого проводят моделирование природных систем в специальных аквариумах. На дно кладут необходимое количество ила, наливают воду и вводят заданное количество исследуемого металла. В зависимости от задачи в аквариумах создают аэробные (свободный доступ кислорода) или анаэробные (доступ кислорода закрыт или ограничен) условия. Остается только определить, как изменяется содержание металла в воде со временем.

Задача это довольно непростая. Для начала нужно отделить металлы, которые растворены в воде от тех, что содержится в коллоидной форме (в виде взвесей). Коллоидные частицы очень малы, поэтому они легко проходят через поры обыкновенных фильтров (бумажных или стеклянных). Для отделения коллоидных частиц применяют специальные мембранные фильтры с очень малым диаметром пор. При исследовании природных вод принято использовать фильтры с диаметром пор 0.45 мкм [1]. Такие фильтры создают значительное сопротивление потоку жидкости, поэтому необходима специальная установка для фильтрования под давлением. Давление создается с помощью обыкновенного компрессора. Такой процесс называется ультрафильтрацией.

После фильтрования в воде содержатся только истинно растворенные металлы и органические вещества. Чтобы можно было проанализировать металлы, органические вещества необходимо разрушить. Для этого используют так называемое "мокрое озоление". К раствору добавляют перекись водорода и облучают его ультрафиолетовым светом. В результате органические вещества окисляются, после чего катионы металлов анализируют обыкновенными физико-химическими методами.

Читателям, которые желают более подробно узнать о процессах миграции микроэлементов в природных водах, рекомендуем книгу:

П.Н. Линник, Б.И. Набиванец. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л. Госметеоиздат. 1986 г. ссылка

__________________________________________________
1 1 мкм (микрометр, микрон) равен 10-3 мм или 10-6 м



Мембранная ультрафильтрация
Установка для ультрафильтрации
Мембранная ультрафильтрация
На эту решетку кладут мембранный фильтр
Мембранная ультрафильтрация
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Модельные системы (металл - вода - донные отложения)
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Мембранная ультрафильтрация
Черный цвет обусловлен высоким содержанием марганца.
Марганец, окисляясь, образует тонкий коллоид MnO2·nH2O
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Тяжелые металлы в природных водах - модель
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация
Мембранная ультрафильтрация


Смотреть другие фотографии  < 1 >  < 2 >   < 3 >   < 4 > < 5 >

<Профессия - химик (жизнь химиков)> <Химический Юмор. Научный Юмор>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Химические фотографии и лабораторное видео (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]