Соединения свинца (II) в системе почва-растения

фотоколориметрический метод - анализ по поглощению полихроматического света.

Сущность метода. Определяемый компонент при помощи химической реакции переводят в окрашенное соединение, после чего каким-либо инструментальным или визуальным способом измеряют интенсивность окраски полученного раствора. Таким образом, в колориметрии играют существенную роль, во-первых, правильно выбранные условия протекания химической реакции по переводу определяемого компонента в окрашенный раствор и, во-вторых, знание оптических свойств окрашенных растворов, что позволяет правильно выбрать способ измерения интенсивности окраски [11].

Кулонометрия.В основе кулонометрических методов лежат законы электролиза Фарадея. Законы Фарадея формулируются следующим образом.

Количество электропревращенного (восстановленного или окисленного) в процессе электролиза вещества прямо пропорционально количеству прошедшего электричества.

Массы различных веществ, выделенных или растворенных при прохождении одного и того же количества электричества, пропорциональны их электрохимическим эквивалентам.

Электрохимический эквивалент - это масса вещества, выделившегося на электроде (или растворившегося с электрода) в процессе электролиза при протекании единицы количества электричества, т. е. 1 Кл.

Суть законов Фарадея заключается в том, что для выделения одного моля эквивалента любого вещества в процессе электролиза необходимо затратить одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея F=96500 Кл/моль

m = (Q / F ) * M / n , (4)

где Q - количество электричества (Кл), необходимое для выделения на электроде m граммов вещества с молярной массой эквивалента, равной М / n (М - молярная масса вещества; n - число электронов, участвующих в электродной реакции).

Q= I * t , (5)

где I - сила тока, А (ампер); t - время электролиза, с (секунда).

Ясно, что применение этой формулы требует, чтобы электролиз протекал со 100%-ной эффективностью тока (или со 100%-ным выходом по току), что возможно только в отсутствие конкурирующих реакций.

Различают два основных вида кулонометрических определений - прямую кулонометрию и кулонометрическое титрование. В методах прямой кулонометрии электрохимическому превращению непосредственно в кулонометрической ячейке подвергается анализируемое вещество. В методе кулонометрического титрования электролизу подвергается вспомогательное вещество, а далее продукт электролиза - титрант - реагирует с определяемым веществом. Кулонометрические определения могут проводиться при постоянном потенциале (потенциостатическая кулонометрия) и постоянной силе тока (амперостатическая кулонометрия). В прямой кулонометрии широко применяют потенциостатические методы. Массу определяемого вещества рассчитывают по приведенной выше формуле.

В методе кулонометрического титрования используются установки с постоянной силой тока. Содержание определяемого вещества рассчитывают по количеству электричества, израсходованного на генерацию необходимого для реакции с анализируемым веществом количества титранта. Кулонометрическое титрование в значительной степени сохраняет аналогию с другими титриметрическими методами. Основное различие относится к приготовлению титранта. В обычных титриметрических методах его заранее готовят по точной навеске или стандартизуют по специальным установочным веществам, а в методах кулонометрического титрования титрант генерируется электрохимическим методом.

Определение точки эквивалентности можно проводить потенциометрическим, амперометрическим, спектрофотометрическим и другими методами.

В кулонометрическом титровании используются химические реакции различных типов: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексообразования и др. Различные восстановители (Pb2+, Sn2+ , Sb3+, As3+ и др.) могут быть оттитрованы, например, перманганатом, который легко генерируется из сульфата марганца в ячейке с платиновым анодом. При анодном растворении хрома в серной кислоте получается дихромат-ион, который также может быть использован для этого титрования. В кулонометрическом титровании широко применяют также свободный бром, генерируемый на платиновом аноде из бромида калия в соляной кислоте.

Установка для кулонометрического титрования при постоянной силе тока содержит следующие основные узлы: 1) источник постоянного тока; 2) устройство для определения количества электричества; 3) электрическую ячейку с генераторным электродом; 4) индикаторную систему для определения конца титрования; 5) хронометр для определения продолжительности электролиза.

Индикаторная система служит для индикации конечной точки титрования (к.т.т.). Наиболее часто для этой цели используют амперометрический и потенциометрический методы. В ячейку вводят индикаторные электроды: два платиновых электрода (при амперометрической индикации) или платиновый и каломельный электроды (при потенциометрической индикации). Силу тока или разность потенциалов измеряют соответствующими приборами, входящими в комплект установки для титрования (блок индикации). Иногда для определения к.т.т. используют фотометрический метод, помещая ячейку в кюветное отделение фотоэлектроколориметра и измеряя светопоглощение в ходе титрования. В отдельных случаях конец титрования устанавливают визуально, например, по появлению окраски раствора, вызванной избытком титранта. Приборостроительная промышленность серийно выпускает кулонометрические титраторы, в которых для индикации конечной точки титрования используется амперометрический или потенциометрический методы [12].

Патенциометрия. Данный метод, основанный на измерении электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов, используют для определения содержания веществ в растворе и измерения различных физико-химических величин.

В потенциометрии обычно применяют гальванический элемент, включающий два электрода, которые могут быть погружены в один и тот же раствор (элемент без переноса) или в два различных по составу раствора, имеющих между собой жидкостной контакт (цепь с переносом).

Первый электрод - это электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным.

Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают второй электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов. Такой электрод называется электродом сравнения. Величину ЭДС можно рассчитать по разности потенциалов этих электродов.

Зависимость величины электродного потенциала от активности ионов в растворе выражается уравнением Нернста:

E = E0 + ln

где Е0 - стандартный электродный потенциал; R - универсальная газовая постоянная (R = 8.314 Дж/моль*К); Т - абсолютная температура; n - число электронов, участвующих в реакции; c - концентрация, моль/дм3; f - коэффициент активности.

Так как в потенциометрии используются разбавленные растворы, где f=1 , то активность (а) заменяют на концентрацию (с). Если перейти от ln к lg, то при T = 298K (25 °С) получим:

E = E0 + lg

Вольтамперометрия. Метод вольтамперометрия основан на изучении зависимостей силы тока от напряжения между электродами, называемых вольт- амперными кривыми. Для их регистрации анализируемый раствор помещают в ячейку, состоящую из рабочего электрода (ртутного, угольного, платинового, золотого) и электрода сравнения (каломельного, хлоридсеребряного). Анализируемый раствор должен содержать инертный фоновый электролит. На электроды налагают напряжение, изменяющееся во времени (как правило, линейно). Величину этого напряжения (потенциал рабочего электрода, измеренный относительно электрода сравнения) откладывают по оси абсцисс, обычно направленной в сторону отрицательных потенциалов. Вдоль оси ординат откладывают силу тока, причем катодные токи соответствуют верхней, а анодные -- нижней половине оси ординат Такое «обращенное» направление осей координат обусловлено тем, что основным рабочим электродом является ртутный, рабочая область которого находится главным образом при отрицательных потенциалах [12].

Заключение

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с относительной молекулярной массой больше 50.

Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства).

Соединения свинца вовлекаются в миграционные цепи. Аккумулируются в виде оксидов, гидроксидов, солей свинца (PbO, Pb6O2 ,Pb3O4, PbOH, PbCO3, PbSO4), гидроксокомплексов ([Pb4(OH)4]4+, [Pb2(OH)]3+, [Pb3(OH)4]2+, [Pb(OH)]+) в почве и растениях.

Гуминовые и фульвокислоты обладают большой способностью связываться с ионами Pb2+, образуя комплексные соединения и оказывают негативное влияние на биоорганические системы.

Свинец способен оказывать токсическое воздействие на почву: ухудшая свойства почвы, угнетение почвенной биоты; отравлять растения: замедляя рост, развитие, вызывать болезни.

Изучение поглощения почвами и растениями ионов тяжелых металлов, в частности свинца является важной актуальной проблемой, так как наблюдается увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду, что может привести к необратимым изменениям ее экологического состояния. В первую очередь происходит накопление тяжелых металлов, которые фиксируются в почвенно-поглощающем комплексе, в результате чего они могут поступать в организм человека. Важно изучать протолитические свойства почв, поскольку благодаря этому можно определить количество связанных и свободных ионов определяемых тяжелых металлов.

Библиографический список

1 Башкин, В.Н. Экология города / В.Н. Башкин, Н.С. Касимов; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Институт экологии города, Институт фундаментальных проблем биологии РАН. - Москва: Научный Мир, 2004. - 647 с.

2 Серегин, И.В. Распределение тяжелых металлов в растениях и их действие на рост / И.В. Серёгин; Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет. - Москва: Научный мир, 2009. - 53 с.

3 Кабата - Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата - Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

4 Титов, А.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам / А.Ф. Титов, В.В. Таланова, Н.М. Казнина; под ред. Н.Н. Немова Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. - 172 с.

5 Орлов, Д.С. Химия и охрана почв / Д. С. Орлов. - М.: Московский государственный университет им. М.В Ломоносова, 2005. - 558 с.

6 . Корбанова, А. И., Сорокина Н.С., Молодкина Н.Н. и соавт. Свинец и его действие на организм. // Мед. труда и пром. экология. - 2001, № 5,

С. 29-34.

7 Ливанов, П.А. Свинцовая опасность и здоровье населения / П.А. Ливанов // Рос. Сем. Врач. - 1999, № 2, с. 18-26.

8 Изомеров, И.Ф. К проблеме воздействия свинца на организм человека / И.Ф. Изомеров // Мед. труда и пром. экология. - 1998, № 2, С. 1-4.

9 Полевой, В.В. Физиология растений: Учеб. Для биол. спец. Вузов / В.В Полевой. - М.: Высш. шк., 1989. - 464 с.

10 Алексеев, Ю. В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1987. - 142 с.

11 Воробьёва, Е.В. Большой практикум: Практ. пособие по спецкурсу для студентов биологического факультета / авт.-сост. Воробьева Е.В., Макаренко Т.В.; Мин. образов. РБ, УО «ГГУ им. Ф.Скорины»; - Гомель, 2005.- 87 с.

12 Алыкова, Т.В. Химический мониторинг объектов окружающей среды: монография / Т.В Алыкова. - Астрахань: Изд-во Астрах. Гос. Пед. Ун-та., 2002. - 210 с.

13 Прайс, А. Аналитическая атомно-абсорбционная спектрофотометрия / А. Прайс. - М.: «Мир», 1976. - 343 с.

14 Можайский, Ю.А. Эколого-химическая оценка антропогенных воздействий на почвенный покров Рязанской области / Ю.А. Можайский. - Рязань, 2005. - 148 с.

15 Водяницкий, Ю.Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлойды в загрязнённых почвах / Ю.Н. Водяницкий. - М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Росельхозаадемии, 2009. - 96 с.

16 Кабата - Пендиас, А. Проблемы современной биогеохимии элементов / А. Кабата - Пендиас // - М.: Рос. хим. ж. - 2005. - № 3. - С. 19

17 Жовинский, Э.Я. Геохимия тяжелых металлов в почвах Украины/ Э.Я. Жовинский, И.В. Кураева. - К.: Наукова думка, 2002. -- 213 с.

18 Экология города: учебное пособие / ред.: Н.С. Косимов [и др.]. - М.: Научный мир, 2004. - 624 с.

19 Брукс, P.P. Загрязнение микроэлементами / Р.Р. Брукс; под ред. Дж.О.М. Бокриса. - М.: Химия, 1982. - 672 с.

20 Пейве, Я. В. Биохимия почв / Я.В. Пейве. ? М.: Сельхозгиз, 1961. - 422 с.

Размещено на Allbest.ur