Экологическая геохимия. Бочаров В.Л - 35 стр.

UptoLike

Рубрика: 

35
Концепция жестких кислот и мягких оснований (ЖКМО) систематизирует
в удобной форме представления о последствиях взаимодействия металл ли -
ганд. Согласно основному принципу ЖКМО, прочные связи образуют только
жесткие кислоты с жесткими основаниями , мягкие кислоты с мягкими осно-
ваниями . Теория ЖКМО объясняет не только распространение элементов в
земной коре (так, Al
3+
и Mg
2+
встречаются связанные с жесткими анионами O
2-
и СО
2-
3
), но и координацию металлов и лигандов в биологических системах.
Теперь вполне объяснимо, почему при введении очень жестких (или мягких)
лигандов происходит настолько эффективная стабилизация одного из валент-
ных состояний металла , что ион последнего теряет способность к окислитель -
но-восстановительным превращениям инактивации зависящего от него фер-
мента . Примерами ядов мягких кислот служат Cd
2+
, CH
3
, Hg
+
, мягких основа -
ний СО
3
-
, CN
-
, S
2-
.
Геохимические факторы эволюции биосферы играют важнейшую роль в
экологических исследованиях . Уровень загрязнения среды отходами промыш-
ленного производства , в первую очередь металлами , растет. Возможно, в ре -
зультате эволюции биосфера адаптируется к новым элементам; возможно, по -
следние станут необходимыми ; но есть и другая альтернатива появление в
значительных количествах элементов, к которым живая материя не в состоянии
приспособиться. Необходимо разработать дифференцированный подход к
оценке биологических свойств элементов для различных биосферных уровней .
Выявлены коэффициенты независимых параметров, определяющие пре-
дельно допустимые концентрации (ПДК) токсичных веществ, позволяющие
предсказывать степень опасности химических элементов для живых организ-
мов.
Предварительно на ЭВМ проведен кластерный анализ практически всех
факторов, влияющих на ПДК: среднее содержание элемента в органах дыхания,
нервной системе , коже и т.д. Но удовлетворительную корреляцию с величиной
ПДК имели только номер элемента , номер ряда , номер группы (т.е. местопо-
ложение в таблице Менделеева ), тип соединения, валентность, кларк литосфе-
ры и среднее содержание в организме (кластерный анализ).
Таблица
Параметры для решения регрессионного уравнения
Формула
соедине-
ния
In
ПДК
эле -
мен-
та
ряда
груп
пы
Вален
т-
ность
Гра -
да -
ция
*
Распро-
странение
элемента ,
10
-4
%
Содержа-
ние в ор-
ганизме ,
10
-4
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
PbO -2 82 9 4 2 4 16 2
PbO
2
-2 82 9 4 4 4 16 2
PbCl
2
-2 82 9 4 2 4 16 2
PbHAsO
4
-1,301
82 9 4 2 4 16 2
Hg -1,301
80 9 2 2 4 0,033 0,046
Hg
2
Cl
2
-1,301
80 9 2 1 4 0,033 0,046
                                               35


       К онце пци я ж е стки х ки слот и мягки х ос нова ни й (Ж К М О) си с тема ти зи руе т
вудобной ф орме пре дста вле ни я о после дс тви ях вза и моде й с тви я мета лл – ли -
га нд. Согла с но основному при нци пу Ж К М О, проч ные с вязи обра зуют только
ж е с тки е ки слоты с ж е стки ми ос нова ни ями , мягки е ки слоты – с мягки ми ос но-
вани ями . Т е ори я Ж К М О объяс няет не только ра с прос тра не ни е э леме нтовв
земной коре (та к, Al3+ и Mg2+ встре ч а ютс я с вяза нные с ж е стки ми а ни она ми O2-
и СО2-3), но и коорди на ци ю ме та ллов и ли га ндоввби ологи ч е ски х с и с те ма х .
Т е пе рь вполне объяс ни мо, поч ему при введе ни и оч е нь ж е с тки х (и ли мягки х )
ли га ндовпрои сх оди т на с только э ф ф е кти вна я с та би ли за ци я одного и з вале нт-
ных с остояни й мета лла , ч то и он пос ледне го теряет с пос обнос ть к оки сли тель-
но-вос ста нови тельным превра щ е ни ям и на кти ва ци и за ви с ящ е го от не го ф ер-
ме нта . П ри мера ми ядовмягки х ки слот с луж а т Cd2+, CH3, Hg+, мягки х ос нова-
ни й – СО3-, CN-, S2-.
       Г е ох и ми ч е с ки е ф а кторы э волюци и би ос ф еры и гра ют важ не й шую роль в
э кологи ч е ски х и с сле дова ни ях . У ровень за грязне ни я с ре ды отх ода ми промыш-
ле нного прои зводс тва, впе рвую оч е ре дь мета лла ми , ра с тет. Возмож но, вре -
зульта те э волюци и би ос ф ера а да пти руе тс я к новым э леме нта м; возмож но, по-
сле дни е с та нут не обх оди мыми ; но ес ть и друга я а льтерна ти ва – появле ни е в
зна ч и тельных коли ч ес тва х э леме нтов, к которым ж и вая ма тери я не вс ос тояни и
при с пособи тьс я. Не обх оди мо ра зра бота ть ди ф ф ере нци рова нный подх од к
оценке би ологи ч е ски х свой ствэ леме нтовдля ра зли ч ных би ос ф ерных уровне й .
       Выявле ны коэ ф ф и ци е нты неза ви с и мых па ра ме тров, опре деляющ и е пре-
дельно допус ти мые конце нтра ци и (П Д К ) токс и ч ных ве щ ес тв, позволяющ и е
предска зывать сте пе нь опа с нос ти х и ми ч ес ки х э ле ме нтовдля ж и вых орга ни з-
мов.
       П ре двари тельно на Э В М проведе н кла с терный а на ли з пра кти ч е с ки все х
ф а кторов, вли яющ и х на П Д К : средне е с одерж а ни е э леме нта ворга на х дых а ни я,
не рвной с и с теме, кож е и т.д. Но удовле твори тельную корреляци ю с вели ч и ной
П Д К и мели только номер э леме нта , номер ряда , номер группы (т.е. ме стопо-
лож е ни е вта бли це М е нделе е ва), ти п с ое ди не ни я, валентнос ть, кла рк ли тос ф е-
ры и средне е с одерж а ни е ворга ни зме (кла стерный а на ли з).
                                                                                        Т а бли ца
                         П а ра метры для ре ше ни я ре гре с с и онного ура вне ни я
 Ф ормула           In          №     №      №      Ва ле н Г ра -       Р а с про-   Содерж а -
 соеди не - П Д К             э ле- ряда груп          т-         да -  стра не ни е ни е вор-
     ни я                     ме н-          пы нос ть ци я* э леме нта , га ни зме ,
                                та                                         10-4%       10-4%
       1             2          3      4      5        6           7           8           9
    PbO             -2          82     9      4        2           4          16           2
    PbO2            -2          82     9      4        4           4          16           2
   PbCl2            -2          82     9      4        2           4          16           2
 PbHAsO4 -1,301                 82     9      4        2           4          16           2
     Hg          -1,301         80     9      2        2           4       0,033        0,046
  Hg2Cl 2        -1,301         80     9      2        1           4       0,033        0,046