Курсовой проект
Оценка токсичности сурьмы при использовании удобрений и мелиорантов в агроценозе
Содержание
Введение
1. Распределение сурьмы в системе почва-растение в естественных природных условиях и при антропогенном загрязнении
1.1 Химические свойства сурьмы
1.2 Фоновое содержание сурьмы в разных типах почв. Кларк в литосфере
1.3 Источники поступления сурьмы в почву в условиях антропогенного загрязнения окружающей природной
1.4 Факторы, оказывающие влияние на поступление сурьмы из почвы в растения
1.4.1Почвенные факторы
1.4.2Свойства растений
1.5 Нормирование содержания сурьмы в почве, продукции растениеводства и связанных с ней продуктах питания
1.6 Биохимическая роль сурьмы в организме животных и человека. Фоновые и пороговые концентрации сурьмы в организме человека
2. Токсичность сурьмы для организма человека при применении комплекса удобрений и мелиорантов в агроценозе
2.1 Изменение концентрации сурьмы после единовременного применения средств химизации
2.2 Динамика концентрации сурьмы в почве в результате длительного применения средств химизации
2.3 Накопление сурьмы в звеньях трофической цепи почва-растение-человек
Заключение
Введение
Активная хозяйственная деятельность человека постоянно наносит определенный вред окружающей среде. Отходами хозяйственной деятельности загрязняются воздушный бассейн, водные источники и почвенный покров. Все это создает экологические проблемы.
Среди множества проблем, стоящих в настоящее время перед человечеством, охрана окружающей среды занимает, пожалуй, одно из первых мест. Интенсивная антропогенная нагрузка на природные ресурсы вызывает изменение направлений и темпов миграции микроэлементов, входящих в фоновый состав почв и поступающих дополнительно из различных источников загрязнении.
Устойчивость любой экосистемы определяется устойчивостью почв, т.е. способностью почвы выполнять свои экологические функции, которые определяются степенью выдерживаемости все возрастающему техногенному воздействию.
Основными источниками загрязнения почв и растений являются крупные города, населенные пункты с выбросами их промышленных предприятий и отходов производства, ненормированное применение в сельскохозяйственном производстве различного рода агрохимикатов, а также и все современные транспортные средства (воздушный, железнодорожный, морской и автомобильный). Среди многочисленных загрязнителей природной среды тяжелые металлы считаются самыми опасными - к ним условно относят химические элементы с атомной массой свыше 50, обладающие свойствами металлов или металлоидов.
В данной курсовой работе оценивается токсичность такого тяжелого металла как сурьмы, при использовании удобрений и мелиорантов в агроценозе.
1. Распределение сурьмы в системе почва-растение в
естественных условиях и при антропогенном загрязнении
Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н.э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в 19в до н.э. порошок сурьмяного блеска (Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как stimi и stibi, отсюда латинский stibium. Около 12-14 вв. н.э. появилось название antimonium. В 1789г А. Лувазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий antimon). Русская “сурьма” произошла от турецкого surme; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» - от персидского сурме – металл).
1.1 Химические свойства сурьмы
Сурьма принадлежит к пятой группе периодической системы Д.И.Менделеева и входит в подгруппу мышьяка. Атомная масса сурьмы равна 121,75, атомный номер 51. Строение электронной оболочки 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4p6, 4d10, 5s2, 5p3. Природная сурьма состоит из двух природных изотопов 121Sb (57,25%) и 123Sb (42,75 %).
Сурьма — металл блестящего серовато-белого цвета. Из жидкого состояния застывает в кристаллическом виде. Кроме кристаллической формы, известны три аморфные формы — желтая, черная и взрывчатая сурьма. В обычных условиях устойчива только кристаллическая сурьма, она серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Чистый металл при медленном охлаждении под слоем шлака образует на поверхности игольчатые кристаллы, напоминающую форму звезд.
Взрывчатая сурьма (плотность 5,64-5,97 г/см3) взрывается при любом соприкосновении: образуется при электролизе раствора SbCl3; чёрная (плотность 5,3 г/см3) - при быстром охлаждении паров сурьмы; жёлтая - при пропускании кислорода в сжиженный SbH3. Жёлтая и чёрная неустойчивы, при пониженных температурах переходят в обыкновенную. Наиболее устойчивая кристаллическая сурьма, кристаллизуется в тригональной системе, плотность 6,61-6,73 г/см3 (жидкой - 6,55 г/см3); tпл630,5 °C; tкип1635-1645 °C. Температурный коэффициент линейного расширения для поликристаллической сурьмы 11,5 ×106 при 0-100 °C; удельное электросопротивление (20 °C) (43,045×106 ом×см); диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66×10-6. В отличие от большинства металлов, сурьма хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддаётся ковке (иногда её относят к полуметаллам). Механические свойства зависят от чистоты металла. Твёрдость по Бринеллю для литого металла 325-340Мн/м2 ; модуль упругости 285-300; предел прочности 86,0Мн/м2. В соединениях проявляет степени окисления главным образом +5, +3 и -3.
В химическом отношении сурьма малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной сурьме. Металл активно взаимодействует с хлором и другими галогенами, образуя сурьмы галогениды. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °C с образованием Sb2O3. При сплавлении с серой получаются сурьмы сульфиды, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют сурьму с образованием хлорида SbCl3 и сульфата Sb2(SO4)3; концентрированная азотная кислота окисляет сурьму до высшего окисла, образующегося в виде гидратированного соединения xSb2O5×уН2О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты – антимонаты (МеSbO3×3H2O, где Me - Na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты - метаантимониты (MeSbO2×ЗН2О), обладающие восстановительными свойствами. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды.
1.2 Фоновое содержание сурьмы в разных типах почв. Кларк в
литосфере
Среднее содержание сурьмы в земной коре невелико (не превышает 1 мг/кг) или 5 ×10-5 % по массе. Исключение составляют глины, в которых концентрация Sb достигает 2 мг/кг. В геохимическом отношении сурьма имеет черты сходства с мышьяком, в меньшей степени – с висмутом. В природных условиях обычно имеет валентность +3, реже +5. Для неё характерно амфотерное поведение.
Поведение сурьмы в процессе выветривания изучено недостаточно. Тем не менее, характер распределения в водах, концентрации в углях и связь с гидроксидами железа указывают на относительно высокую её подвижность в окружающей среде. В верхних слоях почв содержание сурьмы колеблется от 0,05 до 4,0 мг/кг, т.е. сравнимо с уровнями в горных породах. По данным Ведеполя, среднее содержание сурьмы в почвах составляет 1 мг/кг, а общее среднее, рассчитанное на основе данных таблицы 1, равно 0,9 мг/кг.
Как и мышьяк, сурьма может быть связана с месторождениями цветных металлов, а в промышленных районах она, вероятно, является загрязняющим окружающую среду веществом. Например, в почвах вблизи завода по выплавке меди отмечены высокие содержания этого элемента, достигающие 200 мг/кг. Имеются данные о повышенных ее концентрациях в воздухе около различных плавильных заводов и в городских районах. Характер изменения сурьмы в верхнем слое почв Норвегии ясно свидетельствует о техногенном загрязнении, связанном с влиянием дальнего атмосферного переноса.
Таблица 1. Содержание сурьмы в поверхностном слое почв различных
стран (мг/кг сухой массы)
| Почвы | Страна | Пределы колебаний | Среднее |
| Подзолы и песчаные почвы | Канада | 0,05-1,33 | 0,19 |
| Великобритания | 0,34-0,44 | - | |
| Суглинистые и глинистые почвы | Канада | 0,05-2,00 | 0,76 |
| Почвы на основных породах | Великобритания | 0,29-0,62 | - |
| Флювиосоли | Болгария | - | 0,82 |
| Черноземы | Болгария | - | 0,99 |
| Гистосоли | Канада | 0,08-0,61 | 0,28 |
| Лесные почвы | Болгария | 1,25-2,32 | 1,77 |
| Разные типы почв | Нигерия | 1,00-2,00 | - |
| Канада | 0,29-4,00 | 1,67 | |
| Великобритания | 0,56-1,30 | 0,81 | |
| Норвегия | 0,17-2,20 | 0,61 | |
| США | 0,25-0,60 | - |
Фоновое содержание сурьмы в верхнем слое почв СНГ в мг/кг составляет: дерново-подзолистые – 0,76, черноземы – 0,99, торфяные – 0,28.
Сурьма – один из доступных металлов вследствие наличия ее руд и металлов, кроме того, она содержится в виде примесей в рудах многих других металлов, при переработке которых её выделяют в качестве побочного продукта.
В природе наиболее часто встречаются соединения трехвалентной положительно заряженной сурьмы (сульфиды, тиосоли, антимониты, триоксид), затем трехвалентной отрицательно заряженной (антимониды). Соединения пятивалентной сурьмы в природе встречаются очень редко.