WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 39 |

«СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ Москва 2010 0 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ СОЕДИНЕНИЯ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ

СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ

Москва

2010

0

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА

Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ

СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ

Москва 2010 1 ББК 40.3 В62 УДК 631.41 Рецензент доктор биологических наук И.О. Плеханова.

Ю.Н. Водяницкий В62. Соединения железа и их роль в охране почв. – М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2010.

В монографии собраны и систематизированы сведения о минералах железа (III) и (II) в почвах.

Рассмотрены особенности действия на них наиболее популярных реактивов Тамма и Мера–Джексона, описаны их недостатки. Рассматриваются превращения соединений железа в оглеенных почвах с развитым и неразвитым оксидогенезом. Анализируются важнейшие процессы с участием железа в загрязненных почвах. Среди них роль гидроксидов железа в биодеградации нефти в загрязненных почвах; роль соединений железа в закреплении тяжелых металлов и металлоидов в аэрогенно и гидрогенно загрязненных почвах и другие вопросы.

ISBN ББК П © Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, © Водяницкий Ю.Н., Если какая-либо новая отрасль науки является действительно жизненной, то центр интереса в ней с годами неизбежно должен перемещаться.

Н. Винер «Кибернетика»

ВВЕДЕНИЕ

Это утверждение знаменитого основателя кибернетики справедливо для любой отрасли знания, включая почвоведение. Если перейти к отдельным направлениям почвоведения, то и для них это правило соблюдается. Покажем это на примере химии почв, хотя новые тенденции не сразу осознаются специалистами. Еще в 1985 г. Д.С. Орлов определил химию почв, как «раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв»

(с. 25). Сейчас такое определение вызывает недоумение – а где же охрана почв? За прошедшие 25 лет почвозащитный раздел химии приобрел очень большое значение. Достаточно сказать, что труды конференций «Современные проблемы загрязнения почв», периодически созываемых кафедрой химии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, публикуют сотни тезисов. Таким образом, заметен сдвиг интереса в химии почв в сторону почвозащитной тематики. К сожалению, изменение приоритетов не учтено в последнем издании «Химии почв» (Орлов и др., 2005), где устаревшее определение науки дублируется буквально.

Изменение акцентов в развитии науки определяется и другим важным фактором. Как установили химики, технический прогресс приводит каждые 10–20 лет к инструментальной революции, которая изменяет направление развития отраслей химии. Это в полной мере относится и к химии почв.

Обратимся к одному из разделов химии почв – химии почвенного железа. Первые исследования этой темы (С.В. Зонн «Железо в почвах», 1982) были посвящены распределению химически экстрагируемых форм железа в почвах мира. Сходное направление имели в то время книги У. Швертмана. Но география почв имеет естественные границы, а у «мокрых»

химических методов анализа форм соединений железа оказалось много недостатков.

Дальнейшее развитие пошло по пути физического анализа соединений железа в почвах.

Наибольшие успехи достигнуты в направлении изучения новых минералов, биогеохимии железа и роли элемента в судьбе неорганических и органических поллютантов. Таким образом, произошел перенос акцентов с географии и «мокрой» химии на минералогию, биогеохимию и экологию. Углубленное изучение соединений железа стало возможным во многом благодаря применению новой техники, в частности запуску синхротронных рентгеновских установок третьего поколения. С их помощью выявлены тонкие особенности в структуре минералов железа и других элементов. Синхротроны третьего поколения созданы за рубежом, чем и объясняется обилие иностранных источников в списке литературы в настоящей книге.

В данной книге я попытался учесть новые, природоохранные тенденции в изучении соединений железа. При работе над ней я коренным образом переработал предыдущую книгу («Химия и минералогия почвенного железа», 2003) с учетом изменения направления мирового информационного потока. Это позволило придать работе экологический уклон.

При сокращении численности ученых в России (по некоторым данным в 2.5 раза) важно определиться с выбором научных исследований: на все направления химии почв специалистов не хватит. Я думаю, что приоритетным направлением может стать природоохранная тематика.

Это и определило содержание настоящей книги о роли почвенного железа.

Вероятно, нынешнее направление изучения почвенного железа не вечно. В будущем появятся новые тенденции, но как пойдет развитие химии почвенного железа, об этом можно только гадать.

Я благодарю А.А. Васильева, М.Н. Власова, А.В. Климову, Е.С. Лобанову, Н.С. Мергелова, Е.В. Прокопович, А.Н. Чащина, представивших образцы для анализа, и К.А. Румянцеву, участвовавшую в выполнении ряда опытов. Особая признательность И.О. Плехановой за рецензирование книги и полезные советы.

РАЗДЕЛ 1. МИНЕРАЛЫ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ

Основные минералы железа в почвах представлены оксидами и гидроксидами. Минералы других классов – карбонаты и сульфиды – встречаются гораздо реже. Но чаще всего в почвах встречаются оксиды и гидроксиды железа. Последние образуют ряд минералов, различающихся термодинамической стабильностью. Это – ферригидрит Fe2О3·2FеООН·2.5Н2О, фероксигит FеООН, лепидокрокит FеООН и гетит FеООН. К термодинамически нестабильным относят все гидроксиды, кроме гетита. Нестабильные гидроксиды железа несут важную почвенную информацию. Во-первых, эти молодые минералы свидетельствуют об идущем в настоящее время оксидогенезе железа. С течением времени фероксигит может спонтанно переходить в гетит, а ферригидрит – в гематит или гетит. Во-вторых, присутствие их говорит об активности в почве гетеротрофных окисляющих микробов. Активны эти микроорганизмы при низком содержании Fе в растворе и при низкой концентрации органических кислот (Савенко, 1990).



Без участия микроорганизмов при достаточно высокой активности Fе в растворе железо осаждается химически с формированием гетита или лепидокрокита (Водяницкий, Добровольский, 1998). Иногда частицы гетита и лепидокрокита образуются биогенным путем.

Среди оксидов железа наиболее стабильный и распространенный минерал – гематит Fе2О3. Магнетит (Fе3О4) и маггемит (Fе2О3) менее устойчивы и встречаются гораздо реже.

Свойства. Химическая формула ферригидрита долго была неопределенной. Химический состав образцов минерала в значительной мере зависит от дисперсности слагающих его доменов, размер которых колеблется от 2 до 6 нм. Анионы на поверхности частиц представлены группами ОН– и связанными с ними молекулами Н2О, что в зависимости от объема частиц и меняет соотношение О:ОН:Н2О в их составе. По этой причине различаются химические формулы минералов, предложенные разными авторами.

Рассел (Russel, 1979), первым обнаруживший структурные гидроксогруппы, предложил такую формулу ферригидрита Fe2О3·2FеООН·2.5Н2О. Позже Эглтон и Фицпатрик (Eggleton, Fitzpatrick, 1988) установили, что изменение общего состава образцов ферригидрита не влияет на состав элементарной ячейки минерала, который близок к составу ячеек полиморфных модификаций FеООН.

Исследования, выполненные В.А. Дрицем с соавт. (1995), показали, что реальный ферригидрит представляет собой гетерогенную смесь трех компонентов:

структурноупорядоченного и дефектного ферригидритов, а также ультрадисперсного гематита с размерами доменов когерентного рассеяния 2 нм. Мельчайшие частицы гематита играют роль «затравок» или зародышей новой фазы. Этим объясняется возможность твердофазного превращения в природных условиях ферригидрита в гематит. Перестройка анионной упаковки ферригидрита в гематитовую идет под влиянием дегидратация в результате повышения температуры и аридизации почв.

Величина свободной энергии образования ферригидрита G0 = –695.8 кДж/моль.

Стандартный редокс потенциал ферригидрита Ео = 1.06 В. Плотность 3.96 г/см3 (Schwertmann, Taylor, 1977). Кристаллы образуют агрегаты размером 100–300 нм. Ферригидрит хорошо растворяется в кислом оксалате аммония даже в темноте.

Все природные ферригидриты на ИК-спектрах дают дополнительную полосу в области 1000 см-1 за счет связи Si–O. Интенсивность этой полосы возрастает с увеличением количества примеси SiO2 в ферригидрите.

Идентификация в почвах ферригидрита методом рентген-дифрактометрии основана на максимальном отражении (110), с d = 0.252–0.256 нм. Однако на этот же интервал отражения приходится максимальный рефлекс (100) фероксигита FеООН (Гипергенные окислы.., 1982).

Исторически сложилось так, что рентген-дифрактометрически ферригидрит в почвах был изучен раньше, чем фероксигит. В результате рефлекс с d = 0.252–0.256 нм однозначно присваивали ферригидриту. Громадный объем рентгеновских исследований, выполненных под руководством У. Швертмана, показал, что на дифрактограммах илистых фракций этот рефлекс встречается весьма часто. Его интерпретировали как свидетельство широкого распространения в почвах ферригидрита. Но сейчас рассматривать этот рефлекс как твердое доказательство присутствия в почвах ферригидрита нельзя. Наилучший метод выявления ферригидрита в почвах – электронная просвечивающая микроскопия, сопровождаемая микродифракцией электронов.

Образование. Ферригидрит образуется в результате гидролиза солей Fе(III), и этим он отличается от других термодинамически нестабильных гидроксидов железа: лепидокрокита или фероксигита, которые образуются из солей Fе(II). В результате такого генетического различия доминирование в почвах ферригидрита или гидроксидов, наследников бруситовой решетки Fе(ОН)2, может указывать на различные редокс и кислотно-основные условия в период их синтеза. Ферригидрит образуется при неорганическом катализе окисления Fe(II) с участием кремнезема. Биота участвует в синтезе ферригидрита при утилизации органических лигандов в составе Fe(III)-органических комплексов.

Превращения. Ферригидрит является предшественником других, более устойчивых (гидр)оксидов железа, в первую очередь, гематита и гетита. Опыты по лабораторной кристаллизации ферригидрита проводились неоднократно. Установлено, что природа конечных минералов определяется действием таких факторов, как рН, температура, количество и состав чужеродных ионов.

Влияние рН изучено достаточно хорошо. При рН 6 в условиях дефицита протонов из ферригидрита образуется в основном гематит, а при рН 5 – гетит. В умеренно кислых оглеенных почвах под воздействием ионов Fе2+ ферригидрит превращается в более стабильный гетит. Превращение может идти через фазу распада ферригидрита.

На результаты кристаллизации ферригидрита влияют как анионы, так и катионы. Влияние анионов наиболее детально изучено на примере фосфатов (Galvez et al., 1999). Действие фосфатов оценивали по величине атомного отношения Р : Fе. С ростом отношения Р : Fе степень растворимости ферригидрита оксалатом, т.е. отношение Fе окс : Fе вал, увеличивается. Значит, кристаллизация ферригидрита замедляется, причем уже при невысокой доле фосфатов в системе – при отношении Р : Fе 2%. Увеличение рН приводит к росту упорядоченности частиц ферригидрита.

Кроме фосфатов, на судьбу ферригидрита сильно влияют силикаты. Превращение ферригидрита в гематит замедляется, если его частицы содержат примесь аморфного SiO2.

Кремний ингибирует кристаллизацию ферригидрита и способствует его сохранению в почве.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 39 |
 



Похожие работы:

«Современный человек живет в окружении огромного количества материалов и предметов, которые являются продуктами нефтехимии. Но лишь немногие имеют представление о том, откуда берутся пластик, синтетические ткани для одежды, каучук для автомобильных шин, полимерные детали бытовой техники и другие привычные атрибуты цивилизации. ПОПУЛЯРНАЯ НЕФТЕХИМИЯ Увлекательный мир химических процессов Москва ЛомоносовЪ 2013 УДК 665.6/7 ББК 26.343.1 К72 Костин А. А. К72 Популярная нефтехимия. Увлекательный мир...»

«Идентификация микроорганизмов Стандарт в идентификации микроорганизмов Erba Lachema в течение многих лет производит и поставляет диагностическую продукцию для клинических лабораторий. Достигнуты значительные успехи в расширении ассортимента и улучшении качества продукции для биохимической идентификации бактерий. Принцип работы и дизайн наборов МИКРО-ЛА-ТЕСТ® Наборы MIKRO-LA-TEST® - микротитровальные стриппированные 96тилуночные пластинки с 1, 2 или трехрядными вертикальными стрипами для...»

«Т хорошей иллюстрацией идей феноменологов, описывающих функции и соотношение обыденных и научных теорий. Алкоголизм – с одной сто роны, предмет анализа многих экспертов: химиков, биологов, психологов, вра чей, криминологов, социологов и проч., а с другой – тема повседневного теоре тизирования “человека с улицы”. Р.М. Фрумкина в рецензии на книгу Дж. Цалле ра “Происхождение и природа общественного мнения” обращает внимание на аксиомы Цаллера, описывающие взаимодействие “профанного” и “экспертно...»

«Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии УЛАН-УДЭ 2010 Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии Составитель: к. т. н., исполнительный директор НПО АРГО-ЭМ1, Л. Г. Креккер Научный редактор: ген. директор НПО АРГО-ЭМ1 Е. В. Халтурин СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Советы бывалых огородников 2. Спрашивали – отвечаем 3. Решение проблем огорода без химии ВВЕДЕНИЕ Смесь глины, песка, органических остатков и минералов, даже в нужной...»

«СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ СТАВРОПОЛЬ 2011 УДК 167.2+316.614 ББК 87.6 П 78 Рецензенты: Кирищиева И.Р., д-р экон. наук, доцент Ростовский государственный университет путей сообщения (г.Ростов-на-Дону). Красина И.Б., д-р. тех. наук, профессор, ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет (г.Краснодар). Скорев М.М., д-р экон. наук, профессор, Ростовский государственный университет путей сообщения (г.Ростов-на-Дону). Титаренко И.Н., д-р филос. наук, доцент,...»

«НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ СПРАВОЧНИК 2010 – 2014 Изменения и дополнения к Справочнику НСАХ РАН можно найти на странице Интернет-портала Аналитическая химия в России (www.rusanalytchem.org) в разделе НСАХ РАН 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЕ О НАУЧНОМ СОВЕТЕ РАН ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПОЛОЖЕНИЕ О ПРЕДМЕТНОЙ КОМИССИИ (НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОМИССИЙ СОВЕТА) ПОЛОЖЕНИЕ О РЕГИОНАЛЬНОМ ОТДЕЛЕНИИ НАУЧНОГО СОВЕТА РАН ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПОЛОЖЕНИЕ О ПРЕМИЯХ НАУЧНОГО СОВЕТА РАН (НСАХ РАН) ПО...»

«БИОХИМИЯ Программа дисциплины федерального компонента цикла обще-профессиональных дисциплин ОПД.Ф.03 для студентов, обучающихся по специальности 032101.65 ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА И СПОРТ НАПРАВЛЕНИЯ 032100.62ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА ИРКУТСК – 2011 Программа рассмотрена на заседании Программа утверждена и рекомендована кафедры ЕН с курсом МБД Научно-методическим советом Протокол № от _ Иркутского филиала ФГБОУ ВПО Зав. кафедрой РГУФКСМиТ Протокол № от _ А.М.Садовникова Председатель НМС _...»

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Т.Н. Александрова, Л.Н. Липина Институт горного дела ДВО РАН, IGD@rambler.ru lipina@igd.khv.ru RESEARCH OF THE MAINTENANCE OF HEAVY METALS IN SOILS AND VEGETATION TO THE OPERATIVE RANGE OF THE MINING ENTERPRISE В статье приводятся результаты исследований содержания тяжелых металлов в почвах и растительности в зоне действия горнопромышленного предприятия. Выявлены зоны локального...»

«ПАРИЖ, 18 мая 2011 г. Оригинал: английский/ французский Проекты решений, рекомендованные Комиссией по программе и внешним связям (ПВ) 186 EX/48 1. Комиссия по программе и внешним связям (ПВ) провела с 12 по 14 мая 2011 г. пять заседаний под председательством г-жи Шахназ Вазир Али (Пакистан) и г-на Лувсана Ерденечулууна (временный председатель) с целью рассмотрения нижеследующих пунктов, которые были переданы ей Советом на его пленарном заседании 9 и 10 мая 2011 г. Пункт Название и документы 4...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.