Біотехнологія металів

Вступ

Біотехнологія металів [metal biotechnology] - технологія витягання металів з руд, концентратів, гірських порід і розчинів з використанням мікроорганізмів або їх метаболітів (продуктів обміну в живих клітинах). В області біогідрометалургії найбільш вивчені і освоєні процеси купчастого і підземного вилуговування міді, цинку, урану і інших металів з бідних (забалансових) руд. Собівартість міді, що отримується цим способом, в 1,5-2 рази нижче за відомі технології. У процесах чанового вилуговування металів біотехнологія металів застосовується при переробці тих, що миш'яковистих Аї- і Sn-містящих Cu-Zn концентратів, які неможливо переробляти традиційними способами. Біотехнологічні схеми замкнуті, що знижує або виключає забруднення довкілля.

До нових тенденцій в розвитку біотехнології металів слід віднести збагачення гірських порід і руд, напр, бокситів, сульфідизацію окислених руд, біосорбцію металів з розчинів. Використання бактерійно-хімічних способів дозволяє розширити сировинні ресурси, забезпечити комплексність використання сировини без створення складних гірничодобувних комплексів, автоматизувати процеси, підвищити продуктивність праці і культуру виробництва, вирішити багато проблем охорони довкілля.

1. Біонеметали і біометали

У біологічних процесах бере участь велике число хімічних сполук, утворених різними елементами періодичної системи. Організми тварин і рослин складаються із складних речовин, що включають в свій склад як елементи-неметали, так і елементи з металевими властивостями. З неметалів особливо важливу роль грають вуглець, водень, кисень, азот, фосфор, сірка, галогени. З металів до складу тварин і рослинних організмів входять натрій, калій, кальцій, магній, залізо, цинк, кобальт, мідь, марганець, молібден і деякі інші.

Для того, щоб оцінити співвідношення кількостей хімічних елементів, що входять до складу живих організмів, корисно розглянути вміст біоелементів в організмі «середньої» здорової людини (вага 70 кг). Встановлено, що на 70 кг маси людини доводиться 45,5 кг кисню (тобто більше половини маси), вуглецю-12,6, водню - 7,0, азоту - 2,1 кг, приблизно стільки ж фосфору. Кальцію в людині 1,7 кг, калію - 0,25, натрію - 0,07 кг, магнію - 42 г, залоза - лише 5 г (хіміки жартують, що заліза в людині вистачить лише на один цвях), цинку - 3 г. Останніх металів в сумі менше, чим 1 г. Зокрема, міді - 0,2 г, марганцю - 0,02 г. [4,c.12]

Цікаво, що входження хімічних елементів до складу живих організмів не залежить яким-небудь простим чином від їх розповсюдженості. Дійсно, хоча найбільш поширений на землі елемент - кисень - є найважливішою складовою частиною з’єднань, що складають рослинні і тваринні організми, такі розповсюджуванні елементи, як кремній і алюміній, в їх склад не входять, а відносно мало поширені кобальт, мідь і молібден виконують важливу біологічну роль. Слід зазначити також, що серед біоелементів, тобто елементів, що грають важливу роль в будівництві живого організму і в процесах підтримки його життя (обмін речовин, метаболізм), знаходяться ті, що дуже сильно розрізняються по своїх хімічних властивостях, розмірах часток і електронній будові метали і неметали. Наприклад, серед біометалів (їх часто називають «металами життя») є елементи, створюючи іони з благородногазової електронною «підкладкою», несхильні до проявлення змінної валентності (Na+, K+, Mg2+, Са2+). Разом з цим є серед біометалів і елементи з 18-електронною (Zn2+) або недобудованої 18-електронною «підкладкою» (Cu2+, Co2+, Fe2+, Fe3+, Мо(V), Мо(VI)). Останні схильні змінювати міру окислення в ході обміну речовин.

Серед перерахованих біометалів є елементи, створюючі переважно іонні (Na, До) і ковалентні зв'язки (Мо, Zn); сильні комплексообразователі, такі, як Fe3+, Co2+, Cu2+, Zn2+. Проте і менш міцні комплекси, утворені, наприклад, іонами Са2+, Mg2+, Mn2+, грають важливу біологічну роль, і навіть іони щелочних металів (Na+, К+) в метаболічних процесах залучаються до утворення комплексів (за участю макроциклічних лігандів). Встановлено, що велике значення мають розміри іонів металів, що беруть участь в процесах метаболізму [1, c. 64].

Так, наприклад, не дуже велика різниця у величинах іонних радіусів Na+ (0,98 А) і К+ (1,33 А) обумовлює дуже велику різницю в радіусах гідратованих іонів. Це наводить до неоднакової ролі іонів Na+ і К+ в процесі метаболізму: Na+ - позаклеточний, а К+-внутріклітинні іони. Саме розміри іонів, а також характерного для даного іона типа хімічного зв'язку визначають, на які іони може заміщатися той або інший іон в процесі метаболізму. Встановлено, що іони К+ можуть заміщатися в живих тканинах на крупні однозарядні катіони лужних металів (Rb+, Cs+), а також на схожі по розмірах іони NH4+ і Т1+. Навпаки, відносно маленький іон Na+ може заміщатися лише на Li+. Інтересно, що обмін на іони Cu+ не відбувається, мабуть, із-за схильності Cu+ до утворення ковалентних зв'язків, хоча розміри Cu+ і Na+ схожі.

Дуже поважно, що іони Mg2+ і Са2+ в біосистемах не заміщають один одного. Це зв'язано, як вважають, з більшою ковалентністю зв'язку Mg2+ з лігандами в порівнянні з Са2+. Ще більш ковалентні зв'язки з лігандами утворює Zn2+, він не заміщається на Mg2+, хоча близький до нього по величині іонного радіусу.

Згідно до Б. Яцимірському, оцінку іоності і ковалентності зв'язків іонів біметалів з лігандами доцільно проводити слідкуючим чином. Іонність зв'язку пропорційна відношенню квадрата заряду іона до величини іонного рад

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать