БОЛГОВА И.В.,
ШАПОШНИКОВА И.А.,
ФАНДО Р.А.

Окончание. См. № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13/2008

Таблица Менделеева в живых организмах

Уран

Роль в жизни растений и микроорганизмов

При содержании урана в почве около 10^–4% в золе растений его концентрация составляет 1,5 х 10^–5%. При избыточном содержании урана в почве у растений наблюдается карликовость, а также изменяется окраска и форма органов: розовые цветки Иван-чая изменяют окраску на белую или ярко-пурпурную, а у голубики вместо темно-синих формируются белые или зеленоватые плоды неправильной формы.

Мхи, водоросли, грибы и микроорганизмы накапливают уран интенсивнее, чем высшие растения. Грибы могут уменьшать опасность используемого в боеприпасах обедненного урана, попавшего в природную среду, переводя его в безвредные химические соединения.

Обедненный уран менее радиоактивен, чем природный, но весьма токсичен и представляет серьезную угрозу здоровью людей. При взрыве снарядов с обедненным ураном образуется урановая пыль, которая, попадая в организм людей, ведет к увеличению количества раковых заболеваний.

Базидиальные грибы могут расти на частицах обедненного урана, трансформируя его в стабильные фосфатные соединения, которые способны долго удерживать уран, предотвращая его усвоение растениями, животными и микробами.

Роль в жизни животных и человека

В микроколичествах (10^–5–10^–8%) уран обнаруживается в тканях животных и человека, куда он поступает с пищей, водой, воздухом, а также через кожные покровы и слизистые оболочки. В желудочно-кишечном тракте всасывается около 1% растворимых соединений урана и не более 0,1% трудно-растворимых; в легких всасывается соответственно 50% и 20%. В крови уран (в виде карбонатов и комплексов с белками) длительно не циркулирует, а откладывается и накапливается в основном в селезенке (4,7х10^–5%), почках (5,3 х 10^–7 – корковый и 1,3 х 10^–6% – мозговой слои), костях (1 х 10^–7%), костном мозге (1 х 10^–6%), печени (6 х 10^–7%), волосах (1,3 х 10^–5%), а при вдыхании труднорастворимых соединений – в легких (6–9 х 10^–7%) и бронхолегочных лимфатических узлах. Уран, содержащийся в костной ткани, обусловливает ее постоянное облучение (период полувыведения урана из скелета – около 300 суток). За сутки из организма человека выводится: с мочой – 0,5 х 10^–7 – 5 х 10^–7 г, с калом – 1,4 х 10^–6 –1,8 х 10^–6 г, с волосами – 2 х 10^–8 г урана.

По данным Международной комиссии по радиационной защите, среднее содержание урана в организме человека – 9 х 10^–5 г. Эта величина для различных районов может варьировать. Полагают, что уран необходим для нормальной жизнедеятельности животных и растений, однако его физиологические функции пока не выяснены.

Токсическое действие урана обусловлено его химическими свойствами и зависит от растворимости: более токсичны уранил и другие растворимые соединения. Отравления возможны на предприятиях по добыче и переработке уранового сырья и других промышленных объектах, где он используется в технологическом процессе. При попадании в организм уран действует на все органы и ткани, являясь общеклеточным ядом. Признаки отравления обусловлены преимущественным поражением почек (появление белка и сахара в моче), поражаются также печень и желудочно-кишечный тракт. Различают острые и хронические отравления; последние характеризуются постепенным развитием и меньшей выраженностью симптомов. При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения, работы нервной системы и др. Полагают, что молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов.

Основные источники поступления в организм

Загрязненные вода, воздух, продукты питания.

Наиболее распространенные соединения

U₃O₈ – минерал настуран.

UO₂ – минерал уранинит.

Знаете ли вы, что…

– В 1789 г. немецкий натурфилософ и химик М.Г. Клапрот восстановил извлеченную из саксонской смоляной руды золотисто-желтую «землю» до черного металлоподобного вещества и, считая новое вещество элементом, назвал его ураном в честь самой далекой из известных тогда планет. Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. француз Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO₂. Пелиго удалось получить настоящий уран – тяжелый металл серо-стального цвета.

– Суточное поступление урана в организм с пищей и жидкостями – 1,9 х 10^–6 г, с воздухом – 7 х 10^–9 г.

Таллий

Роль в жизни растений

Многие растения – табак, цикорий, шпинат, виноград, дуб, бук, морские растения – способны накапливать таллий из окружающей среды. С этим связано повышенное содержание таллия в золе каменных углей – 0,001–0,01%. В почвах в среднем содержится 0,00001% таллия. Для растений соединения таллия умеренно токсичны.

Роль в жизни животных и человека

В организмах животных в среднем содержится 0,00004% таллия (по массе). Больше всего его содержат медузы, актинии, морские звезды и другие обитатели моря.
В организм человека таллий поступает вместе с пищей и всасывается в желудочно-кишечном тракте. Может проникать даже через неповрежденную кожу. Он обнаружен в крови, костях, волосах, ногтях, эмали зубов; способен накапливаться в почках, мышцах, железах эндокринной системы и семенниках.
Металлический таллий и его соединения высокотоксичны для млекопитающих и человека. Ионы таллия обладают сходными свойствами с ионами калия и способны замещать последний в ферментах. Скорость проникновения ионов таллия через клеточную мембрану в клетку в 100 раз выше, чем у ионов калия. Это вызывает резкое смещение равновесия Na/K, что приводит к функциональным нарушениям нервной системы. Одновалентный таллий образует прочные соединения с серусодержащими белками и подавляет активность ферментов, содержащих тиольные группы, нарушает функционирование различных ферментных систем и препятствует синтезу белков. Токсичность его соединений для человека выше, чем свинца и ртути.
Смертельная доза таллия в зависимости от индивидуальной чувствительности колеблется от 6 до 40 мг на 1 кг веса.
Так как по поведению в организме таллий похож на щелочные металлы, то в качестве антидота (противоядия) при отравлении таллием применяется феррацин – вещество, используемое для выведения из организма радиоактивного цезия.
В 1912–1930 гг. соединения таллия широко использовались для терапии туберкулеза и дизентерии, но из-за их высокой токсичности и небольшой разницы между терапевтической и токсической дозами их применение было прекращено. С начала 1980-х гг. неуклонно возрастает применение радиоактивного изотопа ²⁰¹Tl (период полураспада 72,912 ч) для диагностики болезней сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний.

Основные источники поступления в организм

Продукты животного и растительного происхождения.

Наиболее распространенные соединения

Tl₂SO₄ – сульфат таллия (I).
Тl₂S – сульфид таллия (I).
ТlCl₃ – хлорид таллия (III).
ТlBr – бромид таллия (I).

Знаете ли вы, что…

• В марте 1861 г. английский ученый У.Крукс исследовал пыль, которую улавливали на одном из сернокислотных производств, новым для того времени методом спектрального анализа. В спектре он обнаружил линию светло-зеленого цвета, которую нельзя было приписать ни одному из известных элементов. Благодаря этой линии и был обнаружен таллий и назван по-латыни thallus – «распускающаяся, или зеленая, ветка».

• Среднее поступление таллия в организм человека с пищей и водой составляет 1,6 мкг/сутки, с воздухом – 0,5 мкг/сутки.

• В 1920 г. в Германии был запатентован яд против грызунов, в состав которого входил сульфат таллия Tl₂SO₄. Это вещество без вкуса и запаха иногда входит в состав инсектицидов и зооцидов и в наши дни.

• Галогениды таллия хорошо пропускают инфракрасные лучи. Поэтому они используются в оптических приборах, работающих в инфракрасной области спектра.

• Сульфид таллия используется в фотоэлементах.

Некоторые факты о других химических элементах

Галлий (Ga). Долгое время считалось, что галлий токсичен для живых организмов. Лишь в последние десятилетия это мнение опровергнуто. Легкоплавкий металл заинтересовал стоматологов. Еще в 1930 г. было впервые предложено заменить галлием ртуть в композициях для пломбирования зубов. Дальнейшие исследования и у нас, и за рубежом подтвердили перспективность такой замены. Безртутные металлические пломбы с галлием применяются в стоматологии.

Золото (Au). Говорят, золото есть повсюду, даже в виноградном вине (это обнаружил Русель Д’Арсэ еще в 1779 г.).

Давно известно свойство растений поглощать из почвы содержащиеся в ней химические вещества. Впервые «растительное» золото обнаружил в золе растений французский химик Клод Луи Бертоле. На этом свойстве основана разрабатываемая технология добычи золота из грунта с помощью бобовых, в частности люцерны. Хотя золото в растениях откладывается в виде наночастиц – гранул диаметром в миллионные части миллиметра, ученые утверждают, что вполне реально повысить содержание золота в растительных тканях до 20%.

Наличие определенного количества золота в золе растений может быть поисковым признаком для геологов. В Малой Азии золото накапливает хвощ, а в Австралии — жимолость. В шишках пихты и сосны, растущих на почвах с содержанием золота 0,00002%, его концентрация возрастает в 50 раз. Еще более страстной любительницей золота оказалась кукуруза (Zea mais), не зря прозванная королевой полей. Из 1 т золы кукурузных отходов можно извлечь до 60 г золота. Не менее активным накопителем золота оказался и неприметный хвощ (Equisetum sp.).

Обычно золото в растворимой форме является токсичным для микроорганизмов и животных. Ничтожная примесь золота в воде, недоступная для датчиков, вызывает у лягушек хорошо заметное расширение кровеносных сосудов.

Любопытно, что концентрации золота в разных районах Мирового океана далеко не одинаковы. Если в среднем в 1 т морской воды содержится 0,02 мг золота, то в Карибском море оно достигает 15–18 мг.

В настоящее время исследуется возможность использования бактерий Bacillus cereus в качестве индикатора золотоносности участков суши. В почве, богатой золотым песком, численность этих бактерий существенно увеличивается, а уровень спорообразования заметно снижается по сравнению с «бедными» участками.

Мышьяк (As). Фоновые содержания мышьяка в растениях составляют 0,13—66,7 мкмоль/кг, однако на загрязненных почвах они могут быть превышены в десятки раз.

В организме человека, особенно в волосах и ногтях, содержится от 15 до 20 мг мышьяка. Он находится во всех продуктах растительного и животного происхождения за исключением рафинированного сахара. Того количества мышьяка, которое обычно присутствует в растениях, для человека вполне достаточно.

Самым богатым источником мышьяка в пище считаются морепродукты: омары, креветки, криль, лангусты, моллюски, некоторые виды морских рыб.

Мышьяк с давних пор известен и как яд, и как лекарство. Избыток мышьяка вызывает рак гортани, глаз, белокровие. Некоторые формы аллергии обусловлены недостатком мышьяка.

Ниобий (Nb). Высокая коррозийная стойкость ниобия позволила использовать его в медицине. Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой ткани и хорошо срастаются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания сухожилий, кровеносных сосудов и нервов.

Палладий (Pd). Добавкой палладия удешевляют некоторые сплавы, например один из сплавов для зубных протезов, содержащий медь, серебро, золото и платину.

Платина (Pt). Растением-индикатором, хорошо чувствующим себя на почве с высоким содержанием платины, являются астрагалы. А хвоя сосны чернеет при избытке платины в почве.

Рутений (Ru). Способностью накапливать рутений обладают некоторые виды растений, в частности он концентрируется в корнях бобовых, зверобое, клевере, одуванчике. Предполагают, что соединения рутения служат катализаторами в процессах связывания молекулярного азота воздуха в аминокислоты.

Оксид рутения (VIII) RuO₄ – ядовитое соединение, сильнейший окислитель, обладаюший биологической активностью. При длительном вдыхании его паров у человека начинает кружиться голова, бывают приступы рвоты и удушья. У некоторых химиков, работавших с четырехокисью рутения, появлялись аллергические реакции, развивалась экзема.

Неорганический краситель, представляющий собой комплексный аммиачный хлорид рутения (так называемая рутениевая красная), применяют при исследованиях в анатомии и гистологии.

Торий (Th). При высоком содержании тория в почве наблюдаются аномалии роста и развития растений. У березы, ольхи, осины наблюдается гигантизм. Листья осины достигают 30 см, а диаметр ствола – 79 см.

Цирконий (Zr). При избытке циркония в почве у растений происходит омертвение тканей листьев.

Высокая коррозийная стойкость циркония позволила применять его в нейрохирургии. Из сплавов циркония делают кровоостанавливающие зажимы, хирургические инструменты и нити для наложения швов при операциях на мозге.

Литература

1. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Изд.2-е. – М.: Высшая школа, 1975.

2. Артамонов В. Растения-индикаторы//Человек и природа, 1980. № 2.

3. Биологический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1986.

4. Бобылева Л.Д. Мониторинговые исследования учащихся в природе//Биология в школе, 2006. № 3.

5. Вакуленко В.В. и др. Справочник цветовода. – М.: Колос, 1997.

6. Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии, 9-й класс. – М.: Блик и К0, 2001.

7. Гинецинский А.Г. Физиологические механизмы водно-солевого равновесия. – М.–Л., 1963.

8. Георгиевский В.И., Анненков Б.П., Самохин В.Т. Минеральное питание животных. – М.: Колос, 1979.

9. Гичев Ю.П. Современные проблемы экологической медицины. – Новосибирск: СО РАМН, 1996.

10. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1980.

11. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высшая школа, 2000.

12. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10–11-й классы: Учеб. для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2004.

13. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. В 3-х т. – М.: Мир, 1982.

14. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988.

15. Кравчинский Б.Д. Физиология водно-солевого обмена жидкостей тела. – Л., 1963.

16. Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1990.

17. Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х т. – М.: Мир, 1985.

18. Лидин Р.А., Аликберова Л.Ю. Химия. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: АСТ-Пресс школа, 2005.

19. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. – М.: Химия, 1987.

20. Манолов К. Великие химики. В 2 т. – М.: Мир, 1985–1986.

21. Мещерякова И.В. Основные болезни и вредители цветочных культур. – М., 1972.

22. Михайлов В.С. Кулинария для всех. – М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1999.

23. Могильный Н.П. Книга о вкусной и здоровой пище. – М.: ЭКСМО-Пресс, 2001.

24. Петрянов-Соколов И.В. Популярная библиотечка химических элементов. – М.: Наука, 1983.

25. Скальный А.В. Микроэлементы для вашего здоровья. – М.: Оникс XXI в., 2003.

26. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. – М.: Оникс XXI в., 2004.

27. Слейтер Р. Водный режим растений. – М., 1970.

28. Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. – М.: Медицина, 1978.

29. Сударкина А.А., Ефсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве: Основы агрохимии: Учеб. пособие по фак. курсу для учащихся 10 кл. – М.: Просвещение, 1981.

30. Химические и биологические средства защиты растений: Краткий справочник/Под ред. П.В. Сазонова. – М., 1978.

31. Химия окружающей среды/Под ред. Дж.О.М. Бокрис. – М.: Химия, 1982.

32. Человек. Медико-биологические данные. Публ. 23 МКРЗ. – М.: Медицина, 1977.

33. Чирков Ю.Г. Фотосинтез: два века спустя. – М.: Знание, 1981.

34. Эммануэль Н.М., Зайков Г.Е. Химия и пища. – М.: Знание, 1981.

35. Эмсли Дж. Элементы. – М.: Мир, 1993.

36. Энциклопедия комнатного цветоводства/Сост. Б.Н. Голов-кин. – М., 1993.

37. Kieffer F. Metals as essential trace elements for plants, animals and humans.//Metals and their composition in the environment. Ed. by E. Merian, VCH-Weinheim, 1990.

Алфавитный указатель названий химических элементов