Разбавленные растворы солей тяжелых металлов

Обновлено: 06.05.2024

В результате аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года территория Республики Беларусь была загрязнена радиоактивными элементами. На территории нашей страны осели такие радиоактивные элементы, как плутоний-239, америция-241 стронций – 90, йод- 131.

Загрязнение радионуклидами наземных и водных экосистем приводит к вовлечению этих элементов в трофические (пищевые) цепи. Пищевые цепи представляют собой ряд последовательных этапов, по которым осуществляется трансформирование вещества и энергии в экосистеме. Все живые организмы связаны между собой, поскольку они являются объектами питания. При загрязнении одной из цепей радиоактивными веществами осуществляется миграция и последовательное накопление нуклидов в других элементах трофической цепи. Попадая в организм человека радионуклиды, вызывают такие заболевания, как рак костей, лейкемию, нарушают структуру ДНК, влияют на активность ферментов и т.д. Влияние катионов тяжелых металлов на активность фермента

Поступая в биосферу, тяжелые металлы активно включаются в различные миграционные циклы эко- и геосистем и представляют потенциальную опасность для всего живого. Соединения тяжелых металлов способны сохранять токсичность практически бесконечно, так как при их превращении металл остается без изменений. Катионы металлов, поступающие в организм человека или животного из окружающей среды, образуют прочные связи с карбоксил-анионами и часто вызывают разрывы ионных взаимодействий между ионизированными боковыми радикалами аминокислотных остатков в глобуле, что приводит к потере активной структуры белка. Они снимают электрическую поляризацию белка, уменьшая его растворимость. Вследствие этого находящийся в растворе белок выпадает в осадок. Такие токсичные элементы, как Be, Cd, Sr, Cs, легко могут атаковать белки-ферменты, конкурируя с биогенными элементами и вытесняя их. Например, очень токсичный ион Cd 2+ конкурирует с ионом Zn 2+ , выполняющим в металлсодержащих ферментах роль кислоты Льюиса и создающим локальный положительный заряд около активного центра фермента. Замещение Zn 2+ на Cd 2+ приводит к дезактивации ферментов. Свинец и все его соединения ядовиты. Попадая в клетки, свинец, как и многие другие тяжелые металлы, дезактивирует ферменты, взаимодействуя с SH - группами белков - составляющих ферментов. Кадмий считается токсичнее свинца и отнесен Всемирной организацией здравоохранения к числу наиболее опасных для человека веществ. Не менее опасны эти металлы и для растений.

Поскольку радиоактивные элементы (стронций, плутоний, америций), это тяжелые металлы, то можно наглядно показать некоторые особенности их влияния на организм, на примере свинца и кадмия.

Данная работа может использоваться не только на уроках химии для развития общеучебных компетенций, познавательного интереса, но и может являться структурным компонентом исследовательской работы. Данное исследование можно использовать как демонстрационный опыт на уроке биологии, доказывающий, что грибы и ягоды, растущие вблизи дорог категорически запрещается употреблять в пищу человеком. Необходимость проверки грибов и ягод на наличие в них радиоактивных элементов.

Для изучения влияния тяжелых металлов на ферменты можно использовать уреазу. Данный фермент можно получить из растительных организмов. Наибольшей активностью обладает уреаза содержащаяся в семенах бобовых Для проведения эксперимента можно использовать семечки кабачка, в них активность уреазы сохраняется в течение одного года. Уреаза катализирует гидролиз мочевины с образованием оксида углерода(IV) и аммиака:

Метод определения активности уреазы основан на тестировании выделяющегося аммиака фенолфталеином. Наглядность данного опыта обеспечивается быстрым появлением интенсивной розовой окраски индикатора.

Реактивы и оборудование: ступка с пестиком, пробирки, пипетки, 1 % раствор мочевины, 0,02 % спиртовой раствор фенолфталеина, дистиллированная вода, экстракт фермента, рабочие растворы токсикантов.

Определение активности уреазы

Приготовление экстракта уреазы:

Очистить 3-4 кабачковых семечки от кожуры и растереть ядра в ступке с 10 мл воды. Данный экстракт слить в пробирку и использовать для проведения опытов.

Для опытов взять 2 мл суспензии ферментативного препарата. В пробирку добавить 1 мл воды или токсиканта (солей тяжелых металлов), встряхнуть и добавить 2 мл раствора мочевины. Следует подчеркнуть, что необходимо добавлять реагенты в той последовательности, о которой сказано выше. Затем в пробирку добавить 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина, оставить при комнатной температуре на 3-5 мин. По интенсивности появляющейся окраски фенолфталеина судят об ингибировании фермента. Если окраска появляется, значит, уреаза сохраняет свою активность, так как выделяется аммиак, а если окраска индикатора не появляется, значит, реагент ингибирует фермент. В опытах используются различные концентрации токсикантов. Готовить растворы солей и фенола необходимо с учетом разбавления при проведении опыта. Токсиканты в одних концентрациях ингибируют фермент, в других нет. Исследовательский компонент эксперимента состоит в нахождении такой концентрации фактора, при которой начинается ингибирование уреазы.

Опыт. Изучение влияния солей тяжелых металлов на активность уреазы.

В качестве токсиканта надо использовать растворы ацетатa свинца Pb(CH₃COO)₂ и нитрата кадмия Cd(NO₃)₂ в различных концентрациях (10 -6 , 10 -7 , 10 -8 , 10 -9 моль/л). Эксперимент следует проводить по вышеприведенной методике.

Соли тяжелых металлов. Что это такое, где содержатся, список, влияние, примеры

Принято считать, что все элементы химической таблицы, которые обладают допустимыми значениями, не несут угрозы для человека. Но этот показатель ничтожно низок. К примеру, повышенный уровень солей тяжелых металлов оказывает пагубное влияние на организм. Проблема эта встречается часто. Основным провокатором выступают экологические проблемы.

Виды и состав

Соли тяжелых металлов — это вещества, которые способствуют загрязнению окружающей среды. Элементы отрицательно воздействуют на здоровье. В профессиональных целях применяются в медицинской и металлургической области. В природе насчитывается около 40 видов. Однако в повседневной жизни встречаются не все.

Ртуть

В земной коре содержится в малом количестве: показатель равен 10-6% (масс.). Очень редко встречается как самородок, вкрапленный в горные породы. В природе представлен как сульфид ртути HgS ярко-красного цвета.

Является единственным металлом, который может пребывать при комнатной температуре в жидком состоянии. Простое вещество окрашено в серебристый цвет. Металл отличается легким плавлением. Плотность составляет 13,55 г/см 3.

Свинец

Свинец является тяжелым и плотным металлом, который окрашен в голубовато-серый цвет. При контакте с воздухом утрачивает блеск и покрывается пленкой на основе оксида. Свинец встречается в природе часто и подлежит легкой добыче, что объясняет его давнюю известность.При высоком показателе плотности сохраняет мягкость. При температуре 20 °С легко царапается.

Мышьяк

Мышьяк отличается хрупкостью. Металл окрашен в серый цвет. Обладает ромбоэдрической кристаллической решеткой. При нагревании до 600 °С сублимирует. После охлаждения паров образуется новое соединение — желтый мышьяк. При температуре свыше 270 °С все формы As превращаются в черный мышьяк.

Кадмий

Кадмий похож свойствами на цинк. Обычно содержится в качестве примеси в цинковых рудах. Показатель содержания в земной коре составляет коло 10-5% (масс.). Металл окрашен в серебристо-белый цвет. Отличается мягкостью, ковкостью и тягучестью. При гидролизе соли проявляют кислую реакцию.

Висмут

Элемент встречается в природе редко. Содержание в земной коре составляет 0,00002% (масс.). В природе можно встретить как в свободном состоянии, так и в виде соединений. В свободном состоянии элемент окрашен в розовато-белый цвет. Показатель плотности составляет 9,8 г/см 3. Металл отличается хрупкостью. Под воздействием воздуха и при комнатной температуре не окисляется.

Медь в чистом виде представляет металл, который характеризует тягучесть и вязкость. Легко прокатывается в тонкие листы. Является проводником тепла и электрического тока. При сухости воздуха не меняет свое свойство, так как оксидная пленка, образующаяся на поверхности, служит барьером от окисления. При воздействии воды и диоксида углерода покрывается налетом зеленого цвета.

Никель

Металл обладает серебристым цветом и желтым оттенком. Притягивается посредством магнита. Проявляется устойчивость к коррозии, воздействию воздуха, воды и щелочей. Химическая стойкость объясняется способностью образовывать пленки оксида.

Сурьма

Обычно в природе сурьма встречается в соединении с серой. Показатель содержания в земной коре составляет 0,00005% (масс.) Сурьма представляет кристаллы серебристо-белого цвета, обладающие блеском. Показатель плотности равен 6,68 г/см 3. Кристаллическому элементу присуща хрупкость и плохая проводимость тепла и электричества.

Талий

Голубовато-белый металл, отличающийся ядовитостью. Элементу присуща мягкость и быстрое окисление при попадании в атмосферу. Содержание в воздухе не должно быть выше 0,004 мг/м. Для воды опасным показателем является 0,0001 мг/м. В природе указанные значения обычно не превышены.

Кобальт

В природе кобальт встречается крайне редко. Содержание в земной коре составляет 0,004% (масс.). Чаще металл соединен с мышьяком. Он отличается твердостью и тягучестью.

Марганец

Марганец является часто встречаемым элементов. Составляет 0,1% (масс.) земной коры. Представляет хрупкий и твердый металл серебристого цвета. Показатель плотности равен 7,44 г/см 3, а температура плавления составляет 1245 °С.

Металл характеризует твердость. Он окрашен в серый цвет, блестит и поддается полировке. Используется в сплавах нержавеющей стали. Человеческий организм нуждается в низком количестве хрома для метаболизма сахара. Хром является высокотоксичным.

Как появляются в организме

Соли тяжелых металлов — это вещества, отрицательному воздействию которых подвергаются люди, проживающие в крупных мегаполисах и центрах промышленного производства. Именно в этих областях фиксируется повышенная концентрация веществ. В организм могут попасть с вдыхаемым воздухом, пищей и водой.

Недостаточно очищенные сточные воды фабрик и заводов содержать высокую концентрацию химических соединений. Чаще всего источником отравления выступает рыба и морские продукты. Объясняется явление загрязнением Мирового океана. Вещества могут содержаться в продуктах, выращиваемых на неблагополучных землях.

Многие вещества включены в состав пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве. К примеру, используются фунгициды, включающие медь. Их применяют для предотвращения размножения грибков.

Соли металлов могут содержаться в следующих продуктах:

животное мясо;
молоко;
крупы;
фрукты;
овощи.

Также могут входить в состав:

лекарственных средств;
табачного дыма;
красок;
выхлопных газов;
нефтепродуктов;
жестяных банок.

По пищевой цепочке передаются в человеческий и животный организм. Из почвы вещества проникают в растительные корни. Высоким уровнем накопления отличаются грибы. Грибница с разветвленной системой корней впитывает в себя токсины как губка. Поэтому съедобные грибы, произрастающие вдоль шоссе, относятся к категории ядовитых.

Основным способом проникновения в организм служит ЖКТ. Признаком отравления служит металлический привкус в ротовой полости. В некоторых случаях появляется запах ацетона.

Воздействие

При повышенном маркере в детском организме провоцируются серьезные патологии. Наблюдается нарушение функциональности центральной нервной системы.

Зачастую проявляется:

мигрень;
повышенный уровень утомляемости;
раздражительность;
задержка интеллектуального развития;
тремор конечностей.

Длительное воздействие мышьяка на беременную женщину провоцирует дефект внутриутробного развития плода, развитие у ребенка рака лейкоза, патологии дыхательных органов и мочеполовой системы.

При проникновении в организм взрослых людей солей тяжелых металлов отмечаются следующие симптомы:

сбой работы сердечно-сосудистой системы; неврологические патологии;
интенсивная мигрень;
ухудшение внимания и запоминания;
инсомния;
гипергидроз;
анемия;
нарушение костной морфологии;
покраснение кожного покрова;
отечность;
гиперемия;
воспаление слизистых оболочек;
резкая боль в эпигастральной области;
тошнота;
понос.

Интоксикация хронического характера вызывает:

астению;
нарушение иммунной системы;
ухудшение общего самочувствия;
повышение температуры.

Особую опасность несет отравление свинцом и ртутью. Оно провоцирует поражение зубной эмали и интенсивные боли в ротовой полости. Также может наблюдаться кровоточивость десен и обильное выделение слюней.

Провоцируется воспалительный процесс в гортани, трахее и носовой полости. В воспалительный процесс вовлекаются лимфатические узлы. Признаком отравления служит появление в рвотных массах примесей голубого цвета.

В таблице представлено воздействие веществ на органы и системы:

Симптомы

Полезные свойства

Соли тяжелых металлов — это вещества, участвующие в биологических процессах. Определенное количество микроэлементов нужно для функциональности растений, животных и человека.

Вещества, оказывающие противомикробное воздействие, дезактивируют ферменты, нужные для жизнедеятельности бактерий. Инактивация ферментов происходит при взаимодействии металлических ионов с сульфгидрильными группами (SH-группы). На кожный покров и слизистые оболочки соли оказывают воздействие местного характера.

В качестве антисептиков употребляются ионы:

При употреблении в качестве антисептического средства следует помнить, что уровень противомикробного воздействия сокращается в среде с высоким содержанием белка (к примеру, он содержится в гное или крови). В этом случае вещества для обеззараживания становятся непригодными.

Вредные свойства

Соли тяжелых металлов могут нести как пользу, так и вред. Отрицательных характеристик у веществ больше. Опасность заключается в способности разрушать мембраны клеток и изменять степень их проницаемости.

Это влечет нарушение структуры нуклеиновой кислоты и изменение функциональных и качественных показателей белка. Процессы формируют спонтанные мутации и нарушают обмен веществ в организме, что ведет к сбою всех органов и систем. Соединения несут высокую степень риска развития онкологических заболеваний.

Побочные эффекты

В таблице представлены вредные свойства металлов.

Специфические симптомы

Огромную роль при отравлении тяжелыми металлами у человека играет путь проникновения солей в организм.

Например, при вдыхании ртутных паров, провоцируется:

При воздействии на кожу часто развивается дерматит. Пораженные области краснеют, покрываются волдырями и чешутся. На поздней стадии при глубоком проникновении солей в слои кожи провоцируются системные нарушения.

Таблица продуктов

Соли тяжелых металлов — это вещества, содержащиеся в продуктах. В таблице представлены основные маркеры.

При изготовлении и хранении продуктов следует использовать посуду. Что касается пластмассовых пакетов и пластиковой посуды, то продукты хранить в них долго не рекомендуется.

К возможности отравления веществами советуется относиться с серьезностью. Зачастую диагностируются интоксикации, протекающие в хронической форме. Это может быть профессиональное заболевание у людей, занятость которых связана с вредными условиями. Не исключается развитие острой и хронической формы при обыденных условиях жизни.

С целью выведения их организма солей тяжелых металлов следует чаще употреблять молочные продукты, богатые кальцием, продукты с содержанием клетчатки, сухофрукты и крупы. Этот рацион способствует выведению веществ из организма.

Видео о солях тяжелых металлов

Тяжелые металлы как возбудители разных заболеваний:

Презентация-лабораторная работа "Действие солей тяжелых металлов на белки"

Цель: изучить воздействие солей тяжелых металлов на
способность белков к денатурации, реакцию осаждения белков куриного яйца под действием аналогов антропогенных химических факторов, находящихся в отходах промышленных предприятий и попадающих в окружающую среду
Оборудование и материалы: пипетка, пробирки, штатив для пробирок; насыщенный р-р купрум(II) сульфата, 2,5 % р-р нитрат серебра, 5% р-р ацетат свинца, р-р яичного белка, чистая вода
- прилагается видеофрагмент*

Теоретические сведения:
Белки при взаимодействии с солями свинца, меди, ртути, серебра и других тяжелых металлов денатурируются и выпадают в осадок
Однако при избытке некоторых солей наблюдается растворение первоначально образовавшегося осадка. Это связано с накоплением ионов металла на поверхности денатурированного белка и появлением положительного заряда на белковой молекуле
Способность молекул белка прочно связывать ионы тяжелых металлов с образованием нерастворимых в воде осадков используется как противоядие при отравлении солями ртути, меди, свинца и другими металлами

Ход работы:
I. Действие CuSO4 на белки:

+ р-р CuSO4
Помутнение, выпадение голубого осадка
Пробирка с раствором белка
Осадок растворяется в избытке соли

II. Действие AgNO3 на белки

+ р-р AgNO3
Помутнение – выпадение беловатого осадка
Пробирка с раствором белка
Осадок не растворяется в избытке р-ра (отличие от других солей тяжелых металлов)

III. Действие ацетата свинца - Pb(CH3COO)2 на белки

+ р-р ацетата свинца
Образуется осадок
Пробирка с раствором белка
Осадок должен раствориться в избытке раствора соли

Вывод:
воздействие солей тяжелых металлов, содержащихся в воде и пищевых продуктах.

Читайте также: