ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
КадмийКадмий – наиболее распространенные формы в окружающей среде – Cd+2.
Кадмий по своим химическим свойствам родственен цинку и в природных циклах они
сопутствуют друг другу. Кадмий может замещать цинк в ряде биохимических процессов
в организме и нарушать эти процессы (например, выступать как псевдоактиватор белков). Считается активнее свинца и отнесен Всемирной организацией здравоохранения к числу наиболее
опасных для здоровья человека веществ. Ежегодное производство кадмия в мире
составляет около 20000 т. Он находит все большее применение в гальванике,
производстве полимеров, пигментов, серебряно-кадмиевых аккумуляторов. Это
приводит к проблеме кадмиевого загрязнения окружающей среды. На территориях, вовлеченных в хозяйственную деятельность человека, кадмий
накапливается в организмах, обитающих там животных и с
возрастом накопление увеличивается до критических для их жизни величин. Этот элемент опасен в любой форме. Доза в 30–40 мг смертельна. В
организме кадмий может легко взаимодействовать с другими металлами, особенно с
кальцием и цинком, что влияет на выраженность его воздействия. Кадмий способен
замещать кальций в кальмодулине, нарушая тем самым
физиологические процессы регуляции поглощения кальция. Он способен ингибировать
ионный транспорт и индуцировать синтез металлотионеина. В научной литературе описаны случаи хронического отравления кадмием.
Предприятие по разработке цинковой руды в Японии загрязнило кадмием р. Дзинцу, которая являлась источником хозяйственно-питьевого
водоснабжения. Кроме того, речной водой орошали рисовые поля и плантации сои.
Как было установлено, во время вспышки заболевания в рисе, являющемся базовым
продуктом питания японцев, концентрация кадмия составляла от 0,6 до 1 мг/кг
продукта. Заболело около 3000 человек. В основном болели женщины в возрасте
после 40 лет, особенно много рожавшие, что объясняется дефицитом кальция,
активно замещавшегося кадмием. Болезнь получила название «итай–итай» или «ох–ох». Первоначальные признаки заболевания проявлялись
сильными болями в нижних конечностях и пояснице, в нарушении функции почек.
Впоследствии появились сильное похудение, деформация скелета и переломы костей
из-за нарушений фосфорно-кальциевого обмена. Многие заболевания закончились
инвалидностью или смертью. Много кадмия вносится в почву с фосфорными удобрениями. Его содержание
в растениях снижается от корней к верхним структурам побега. Попавший в
организм человека кадмий ресорбируется (всасывается)
до 6 %. Недостаток в организме белков, кальция и железа усиливает его
всасывание. Кадмий и его соединения канцерогенны для человека, по своим
свойствам он сходен с цинком. Получают кадмий из отходов цинкового производства
путем обработки последних серной кислотой с последующим выделением
металлического кадмия цинком: CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd. Для очистки полученный продукт растворяют в разбавленной серной кислоте
и подвергают электролизу. Кадмий представляет собой серебристо-белый, мягкий, ковкий, тягучий
металл. В ряду напряжений он стоит дальше цинка, но впереди водорода, вытесняя
последний из кислот. Так как Cd(OH)2 – слабый электролит, то соли кадмия гидролизуются и их растворы имеют
кислую реакцию. Кадмий сильно поглощает медленные нейтроны. При сильном накаливании он
быстро сгорает, превращаясь в бурый оксид кадмия CdO. Этот металл значительно боле активен, чем ртуть.
Стандартный потенциал пары Cd2+/Cd составляет –
0,40 В. Кадмий растворяется в разбавленных кислотах, тускнеет на воздухе,
покрываясь защитной пленкой. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных
водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм3.
Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово
цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда
химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства,
а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений
кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными
организмами. Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным
образом минеральные и органоминеральные комплексы. Основной взвешенной формой
кадмия являются его сорбированные соединения.
Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов. Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности
животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен,
особенно в сочетании с другими токсичными веществами, вызывает искривление и
деформацию костей, сопровождающиеся сильными болями. ПДКв кадмия составляет 0,001 мг/дм3 (лимитирующий показатель
вредности – санитарно-токсикологический), ПДКвр
– 0,0005 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – токсикологический). По сравнению со свинцом комплексообразующие свойства кадмия в воде
выражены менее ярко. Свободные ионы составляют не
менее 50 % от общего содержания металла. Наиболее устойчивы хлоридные комплексы
кадмия. Вследствие малой устойчивости соединений кадмия с органическими
лигандами природных вод доля взвешенных форм в его
миграции не столь велика, как для других металлов. На взвешенные формы в
среднем приходится от 8 до 65 % содержания кадмия. Следует отметить, что в
конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в природных
осадках и в биоте, тогда как в самой воде они
остаются в сравнительно небольших концентрациях. Так, при концентрации ртути в донных отложениях 80– 800 мкг/кг ее
содержание в воде не превышает 0,1–3,6 мкг/л. По имеющимся на сегодня данным,
планктон концентрирует свинец в 12000 раз, кобальт – в 16000 раз, медь – в
90000 раз. Повсеместное загрязнение окружающей среды кадмием требует особого
внимания к мерам по предупреждению попадания в организм человека этого весьма
опасного ксенобиотика. Установлена корреляционная связь между количеством обнаруженных
в воде и почве кадмия, свинца, мышьяка и уровнями заболеваемости злокачественными
новообразованиями различных форм среди населения экологически неблагополучных
районов. |
| |