Молибден и его значение в природе

Содержание

1. Современное понятие экологии человека

2. Миграция молибдена

3. Биогеохимическая функция молибдена

4. Геохимическая характеристика молибдена

5. Ресурсный цикл молибдена

6. Производства по добыче молибдена, получении полезной продукции

7. Санитарно-гигиеническая характеристика молибдена

8. Роль молибдена в эволюции жизни и формировании периодов взаимодействия природы и общества

9. Влияние элемента и его соединений на здоровье человека

10. Модель устойчивого развития системы «природа-общество»

Литература

1. Современное понятие экологии человека

В центре внимания всегда в той или иной форме стоял вопрос о связи человека ( и главным образом его состояние здоровья ил нездоровья ) с окружающей средой .

В 20 - 30 -х годах ( первый этап ) развитие медицинской географии, тесно связанное с идеями , развиваемыми в краевой , а затем географической патологии , опиралось на модель , основными блоками которой были люди (население), характеризующиеся определенным состоянием здоровья. Предметом ее выступали разнообразные медико - биологические явления. Так называли различные проявления как здоровья , так и нездоровья населения. Главной задачей было изучение закономерностей варьирования их по территории.

В 40 - 50 - х годах ( второй этап ) углубленное изучение причин и условий возникновения эндемичных болезней привело к трансформации предмета медицинской географии Начали закладываться представления о том , что предметом ее изучения должны быть объекты внешнего по отношению к человеку мира . Исследования стали опираться на модель , основными блоками которой были главным образом .

Начало третьего этапа мы относим к 50 -60 - м годам и связываем его с всеобщей экологизацией науки. С этого времени медицинская география стала постепенно превращаться в науку о свойствах окружающей человека среды в полном смысле этого слова. Обращалось внимание на то , что объяснение состояния здоровья человека только свойствам внешних по отношению к нему географических объектов было бы оправданным в том случае , если бы человек существовал в природе пассивно .На самом же деле он находится в активных связях и отношениях с природой. Поэтому природные предпосылки болезней и патологических состояний ( впрочем , так же, как и стимуляторы здоровья ) при некоторых видах связей и отношений человека с природой реализуются в полной мере , при других бывают существенно ослаблены , а при третьих, наоборот , значительно усиливаются.

В начале 70 - х годов было высказано положение о необходимости введения в состав модели различных уровней рассмотрения «человека» как по биологическим, так и по социально - экономическим параметрам.

Подчеркивалось, что рассматриваться должен не только больное , но и здоровый человек. Отмечалась необходимость введения в состав окружающей человека среды природной и социально - экономической составляющих. Указывалось, что все связи и отношения в модели замыкаются на человеке. Обращалось внимание на значение показателя здоровья человека как важнейшей характеристики окружающей его среды.

Таким образом, впервые были охарактеризованы важные составляющие антропоэкологической системы.

В становлении экологии человека как научного направления активно участвуют общественные, медико - биологические и географические науки. Естественно, что каждая из них опирается на свой набор понятий. Однако постепенно, даже в размытом виде эти понятия, вступая в контакт друг с другом, приобретают новое значение. На наших глазах начинает складываться понятийно-терминологическая база экологии человека.

К понятиям, которые введены для характеристики блоков управляемой части системы, относятся в первую очередь «человек» ( население ) и «среда»

Человек - индивид, группа (по полу и возрасту), конституциональный тип, раса, человечество; а иерархическая группа ,выделенная по социальному признаку, терминами: человек - социальная личность, семья, группа населения, класс, общество, человечество.

В свою очередь, «среда», или, правильнее, окружающая человека среда - обобщающее понятие, относящееся к условиям жизни человека (населения).

Эти условия определяются совокупностью явлений, имеющих самое различное происхождение и характер: природных , технических ,социальных, экономических.

Именно из строгой соотносительности понятий экологии человека вытекает логика превращения информации о жизни и деятельности человека (населения) в критерии функционирования территориальной антропоэкологической системы) или критерии эффективности. Если в качестве примера использовать информацию о состоянии здоровья человека (населения), эта логика превращения выглядит примерно следующим образом:

При оптимально развивающихся связях и отношения в территориальной антропоэкологической системы здоровье человека (населения) стремится к «норме», т.е. человек полноценно выполняет свои биосоциальные функции, среда воспринимается и оценивается им как здоровая, или комфортная (имеется в виду восприятие и оценка, исходящие не только от самого населения , но и от органов управления ) .

При неблагоприятно развивающихся связях и отношениях в территориальной антропоэкологической системе появляются отклонения в состоянии здоровья человека ( населения ) от нормы, выражающиеся в форме болезней и невыполнении или затрудненном выполнении некоторых из биосоциальных функций, среда воспринимается и оценивается человеком как нездоровая, или дискомфортная.

При невозможности развивать связи и отношения меду человеком (населением) и окружающей его средой без специальных систем жизнеобеспечения из-за возникновения нарушений в состоянии его здоровья, имеющих необратимый характер, среда воспринимается и оценивается как абсолютно экстремальная.

В непосредственной связи с функциями систем в моделях используются разные критерии их эффективности. Одним из наиболее общезначимых является социально - трудовой потенциал населения. При этом имеется в виду возможность его воспроизводства и расширения.

Несомненно, что особое место в теоретическом аппарате экологии человека принадлежит обобщающему естественнонаучному учению В.И. Вернадского о боисфере и ноосфере. Выдающееся значение этого учения состоит в том что развитие жизни на Земле рассматривалось ученым - энциклопедистом как космопланетарный процесс , идущий в неразрывном единстве с планетными и космическими процессами. При этом сама жизнь определялась как особый, единый монолит живого вещество, как совокупность всех живых организмов на поверхности планеты, по которой эти организмы распространяются, преобразуя ее и создавая особую организованность. Вся область распространения живых организмов на планете определялась В.И. Вернадским как биосфера, как особое вместилище единого монолита жизни.

Выделим лишь следующее фундаментальное положение учения В.И. Вернадского. Речь идет о двух сформулированных ученым биогеохимических принципах , которые имеют основополагающее значение при рассмотрении развития биосферы в целом как особого космопланетарного явления. Первый биогеохимический принцип гласит, что геохимическая энергия живого вещества в биосфере (включая человечество как высшее, наделенное разумом, проявление живого вещества) стремится к максимальному проявлению. Второй биогеохимический принцип гласит, что в ходе эволюции видов выживают организмы (отдельности живого вещества), которые своей жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Органическим продолжением учения о биосфере является анализ ученым того, как социальная деятельность человека, особенно в связи с достижениями научной мысли, выступает в истории планеты в качестве нового, непрерывно растущего по мощи геологического фактора. Впоследствии это выкристаллизовалось в виде учения В.И. Вернадского о ноосфере.

Под ноосферой следует понимать планетарное космическое пространство, которое преобразуется и управляется человеческим разумом , гарантирующим всестороннее прогрессивное развитие человечества. Ноосфера - это единая система: человечество-производство - природа, развивающаяся на основе новых социальных законов в интересах настоящего и будущего человечества.

Учение о ноосфере намечает пути использования и развития природных сил в интересах человека, роста производительности общественного труда, рационального природопользования, сохранения и развития здоровья населения.

По мере формирования ноосферы человечество все менее зависит непосредственно от природных факторов. Грандиозные архитектурные комплексы, создающие искусственную среду обитания, транспорт, основанный на современной технологии и энергоообеспечении, синтетическая одежда, синтез полимеров, достижения современной медицины по созданию аппаратуры для проживания в экстремальных и непригодных для земной жизни средах, создание искусственных аналогов органов тела успехи генной инженерии, развитие биотехнологии для удовлетворения различных потребностей (культивирование биомассы микроорганизмов в целях питания, проведение очистных мероприятий и т.д), а также многие другие достижения НТР - все это может рассматриваться как последовательные события одной направленности , одной диалектической закономерности : изменения взаимодействия общества и природы.

2. Миграция молибдена

Молибден (лат. Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 42, атомная масса 95,94; светло-серый тугоплавкий металл. В природе элемент представлен семью стабильными изотопами с массовыми числами 92, 94-98 и 100, из которых наиболее распространен 98Мо (23,75%). Вплоть до 18 века основной минерал Молибден молибденовый блеск (молибденит) не отличали от графита и свинцового блеска, так как они очень схожи по внешнему виду. Эти минералы носили общее название "молибден" (от греч. molybdos - свинец).

Элемент Молибден открыл в 1778 году шведский химик К. Шееле, выделивший при обработке молибденита азотной кислотой молибденовую кислоту. Шведский химик П. Гьельм в 1782 году впервые получил металлический Молибден восстановлением МоО₃ углеродом.

Распространение Молибдена в природе. Молибден - типичный редкий элемент, его содержание в земной коре 1,1·10^-4% (по массе). Общее число минералов Молибден 15, большая часть их (различные молибдаты) образуется в биосфере. В магматических процессах Молибден связан преимущественно с кислой магмой, с гранитоидами. В мантии Молибдена мало, в ультраосновных породах лишь 2·10-5% . Накопление Молибдена связано с глубинными горячими водами, из которых он осаждается в форме молибденита MoS₂ (главный промышленный минерал Молибдена), образуя гидротермальные месторождения. Важнейшим осадителем Молибдена из вод служит H₂S.

Мировая добыча молибдена составляет 80000 т/год и осуществляется на протяжении 63 лет.

Молибден - химический элемент VI группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Кларк молибдена в земной коре - 1,1*10-4 %. Молибден амфотерен. Имеет переменную валентность, наиболее устойчивы его 4- и 6-валентные формы. В водах мигрирует преим. в виде иона МоО42-. Образует также коллоидные растворы, сложные комплексы и желатин. Хорошо мигрирует в щелочных водах (сотни мкг/л) и при высоких значениях Еh. Максимальные его концентрации в маломинерализующихся. подземных водах составляют сотые доли мг/ л. Являясь биогенным элементом, Мо играет важную роль в азотном обмене растений и животных. Может поступать в воды грунтовые с водами сточными предприятий металлургич. и др. отраслей пром-ти, при произ-ве удобрений и красок. ПДК молибдена для питьевой воды составляет 0,25 мг/л.

В элементном составе условного человека содержится 0, 095 г молибдена.

Баланс молибдена в организме человека (мг):

Поступление с пищей и жидкостью (300) + Поступление с воздухом (0,1) = Выделение с мочой (150) +Выделение с фекалиями (120) + Выделение с потом (20) + Содержание в волосах (0,01)

Содержание в золе углей составляет 7 г/т, содержание в золе бурых углей мира составляет 13 г/т, в золе каменных углей мира - 25 г/т.

Запасы молибдена равны 5 * 10⁶т/год.

Технофильность молибдена равна:

80 000 т /1,1*10^-4 *4,7*10⁷ триллионов т = 15,47*10^-9

где 4,7*10⁷ триллионов т масса Земной коры.

Биофильность молибдена составляет:

1*10^-5 /1,1*10^-4 = 0,09

3. Биогеохимическая функция молибдена

Согласно классификации П.Аггетта [3], молибден является важнейшим эссенциальным элементом.

Молибден в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Молибден необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов), катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много Молибдена в клубеньках бобовых), а также реакции пуринового обмена у животных. В растениях Молибден стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов.

4. Геохимическая характеристика молибдена

Геохимия Молибдена в биосфере тесно связана с живым веществом и продуктами его распада; среднее содержание Молибдена в организмах 1·10-5%. На земной поверхности, особенно в щелочных условиях, Mo (IV) легко окисляется до молибдатов, многие из которых сравнительно растворимы. В ландшафтах сухого климата Молибден легко мигрирует, накапливаясь при испарении в соляных озерах (до 1-10^-3%) и солончаках. Во влажном климате, в кислых почвах Молибден часто малоподвижен; здесь требуются удобрения, содержащие Молибден (например, для бобовых).

В речных водах Молибдена мало (10^-7 - 10^-8%). Поступая со стоком в океан, Молибден частично накапливается в морской воде (в результате ее испарения Молибдена здесь 1·10^-6%), частично осаждается, концентрируясь в глинистых илах, богатых органическим веществом и H₂S.

Помимо молибденовых руд, источником Молибден служат также некоторые молибденосодержащие медные и медно-свинцово-цинковые руды.

Соединения молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Понижение концентрации соединений молибдена происходит в результате выпадения в осадок труднорастворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными организмами.

Молибден в поверхностных водах находится в основном в форме МоО₄^2- . Весьма вероятно существование его в виде органоминеральных комплексов. Возможность некоторого накопления в коллоидном состоянии вытекает из того факта, что продукты окисления молибденита представляют рыхлые тонкодисперсные вещества.

В речных водах молибден обнаружен в концентрациях от 2,1 до 10,6 мкг/дм ³ . В морской воде содержится в среднем 10 мкг/дм ³ молибдена.

5. Ресурсный цикл молибдена

По классификации Вернадского молибден является циклическим элементом.

Молибден принадлежит к малораспространённым элементам. Среднее содержание его в земной коре составляет 3*10-4%(по массе). Концентрация молибдена в рудах незначительна. Эксплуатируются руды, содержащие десятые и даже сотые доли процента молибдена.

Различают несколько видов молибденовых руд:

· простые кварцево-молибденовые руды, в которых молибденит залегает в кварцевых жилах.

· Кварцево-молибдено-вольфрамитовые руды, содержащие наряду с молибденитом вольфрамит.

· Скарновые руды. В рудах этого типа молибденит часто с шеелитом и некоторыми сульфидами(перит, халькоперит) залегают в кварцевых жилах, заполняющих трещины в скарнах(окременённых известняках).

· Медно-молибденовые руды, в которых молибденит сочетается с сульфидами меди и железа. Это наиболее важный источник получения молибдена.

Наиболее значительные месторождения молибденовых руд в зарубежных странах сосредоточены в западной части США, Мексике, Чили, юго-восточной части Канады, южной Норвегии и восточных штатах Австралии.

В России эксплуатируется ряд месторождений молибденовых руд, обеспечивающих потребность отечественной промышленности в молибдене (на Северном Кавказе и Закавказье, Красноярском крае и др. районах).

6. Производства по добыче молибдена, получении полезной продукции

Основным сырьем для производства Молибдена, его сплавов и соединений служат стандартные молибденитовые концентраты, содержащие 47-50% Мо, 28-32% S, 1-9% SiO2 и примеси других элементов. Концентрат подвергают окислительному обжигу при 570-600 °С в многоподовых печах или печах кипящего слоя. Продукт обжига - огарок содержит МоО₃, загрязненную примесями. Чистую МоО₃, необходимую для производства металлического Молибдена, получают из огарка двумя путями:

1) возгонкой при 950-1100 °С;

2) химическим методом, который состоит в следующем: огарок выщелачивают аммиачной водой, переводя Молибден в раствор; из раствора молибдата аммония (после очистки его от примесей Cu, Fe) выделяют полимолибдаты аммония (главным образом парамолибдат 3(NH₄)₂O·₇МоО₃·nН₂О) методом нейтрализации или выпарки с последующей кристаллизацией; прокаливанием парамолибдата при 450-500 °С получают чистую МоО3, содержащую не более 0,05% примесей.

Металлический Молибден получают (сначала в виде порошка) восстановлением МоО₃ в токе сухого водорода. Процесс ведут в трубчатых печах в две стадии: первая - при 550-700 °С, вторая - при 900-1000 °С. Молибденовый порошок превращают в компактный металл методом порошковой металлургии или методом плавки. В первом случае получают сравнительно небольшие заготовки (сечением 2-9 см2 при длине 450-600 мм). Порошок Молибдена прессуют в стальных пресс-формах под давлением 200-300 Мн/м² (2000-3000 кгс/см²). После предварительного спекания (при 1000-1200 °С) в атмосфере водорода заготовки (штабики) подвергают высокотемпературному спеканию при 2200-2400 °С. Спеченный штабик обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Более крупные спеченные заготовки (100-200 кг) получают при гидростатическом прессовании в эластичных оболочках. Заготовки в 500-2000 кг производят дуговой плавкой в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, которым служит пакет спеченных штабиков. Кроме того, используют электроннолучевую плавку Молибдена. Для производства ферромолибдена (сплав; 55-70% Мо, остальное Fe), служащего для введения присадок Молибдена в сталь, применяют восстановление обожженного молибденитового концентрата (огарка) ферросилицием в присутствии железной руды и стальной стружки.

Применение Молибдена. 70-80% добываемого Молибдена идет на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химические соединений. Металлический Молибден - важнейший конструкционный материал в производстве электроосветительных ламп и электровакуумных приборов (радиолампы, генераторные лампы, рентгеновские трубки и других); из Молибдена изготовляют аноды, сетки, катоды, держатели нити накала в электролампах. Молибденовые проволока и лента широко используются в качестве нагревателей для высокотемпературных печей.

После освоения производства крупных заготовок Молибден стали применять (в чистом виде или с легирующими добавками других металлов) в тех случаях, когда необходимо сохранение прочности при высоких температурах, например, для изготовления деталей ракет и других летательных аппаратов. Для предохранения Молибдена от окисления при высоких температурах используют покрытия деталей силицидом Молибдена, жаростойкими эмалями и другие способы защиты. Молибден применяют как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, так как он имеет сравнительно малое сечение захвата тепловых нейтронов (2,6 барн). Важную роль Молибден играет в составе жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов, где он сочетается главным образом с Ni, Co и Cr.

В технике используются некоторые соединения Молибдена. Так, MoS₂ - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид Молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; Na₂MoO₄ - в производстве красок и лаков; оксиды Молибдена - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.

7. Санитарно-гигиеническая характеристика молибдена

Для молибдена ПДК в установлена 0,25 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический), ПДК вр - 0,0012 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности токсикологический).

Токсическое действие Молибдена снимается введением соединений меди.

8. Роль молибдена в эволюции жизни и формировании периодов взаимодействия природы и общества

Молибден в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Молибден необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов), катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много Молибдена в клубеньках бобовых), а также реакции пуринового обмена у животных. В растениях Молибден стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов.

При недостатке Молибдена бобовые, овес, томаты, салат и другие растения заболевают особым видом пятнистости, не плодоносят и погибают. Поэтому растворимые молибдаты в небольших дозах вводят в состав микроудобрений. Животные обычно не испытывают недостатка в Молибдене. Избыток же Молибдена в корме жвачных животных (биогеохимические провинции с высоким содержанием Молибдена известны в Кулундинской степи, на Алтае, Кавказе) приводит к хроническим молибденовым токсикозам, сопровождающимся поносом, истощением, нарушением обмена меди и фосфора.

9. Влияние элемента и его соединений на здоровье человека

В малых количествах молибден необходим для нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена фермент образуется в недостаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. В повышенных концентрациях молибден вреден. При избытке молибдена нарушается обмен веществ.

Молибден в организме человека входит в состав ферментов: альдегидогидроксидазы, ксантиндегидрогеназы, ксантиноксидазы (всего 7 ферментов). В растениях молибден - важнейший микроэлемент, обеспечивающий мягкую фиксацию атмосферного азота. Молибден - единственный из тяжелых металлов и из элементов 5-го периода, который можно отнести к "металлам жизни".

Избыток Молибдена в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру и т. п.

10. Модель устойчивого развития системы «природа-общество»

Модель устойчивого развития предполагает, прежде всего, безопасное сосуществование человека и природы. Со стороны человека безопасное воздействие на природу (на примере молибдена) выражаться, во-первых, в рациональном использовании природных ресурсов (учитывая то, что молибден относится к редким элементам). Во - вторых, обеспечением контроля за соблюдением предельно допустимых концентраций при потреблении, чтобы избежать губительного воздействия на окружающую среду (учитывая то, что молибден является токсичным элементом).

Литература

1. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: Справ. изд. В.А. Баженов, Л.А. Булдаков, И.Я. Василенко и др.; Под ред В.А. Филова и др. - Л.: Химия, 1990, 464 с.

2. Гадаскина И.Д. Филов В.А. Превращения и определение промышленных органических ядов в организме. Л.: Медицина, 1971. - 303 с.

3. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. - М.: Недра, 1990. - 335 с.

4. Гигиена окружающей среды / Под ред. Г.И Сидоренко; АМН СССР. - М.: Медицина, 1985. - 304 с.

5. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Справ. Изд. - Л.: Химия, 1987. - 192 с.

6. Данилов - Данильян В.И., Залиханов М.Ч., Лосев К.С. Экологическая безопасность. Общие принципы и российский аспект. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. - 332 с.