Эколого-геохимическое исследование донных отложений рек города Красноярска

4.1.2.Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе, в морской воде 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях.

                                                                 8

Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2,  ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4,  перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5.

Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

4.1.3.Применение

В чистом виде и в виде сплавов

• Металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях, мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.

• Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве[10].

• Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов.

• Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.

• Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

• Титан является одним из наиболее распространённых геттерных материалов, используемых в высоковакуумных насосах.

В виде соединений[править | править исходный текст]

• Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.

                                                               

                                                                  9

• Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.

• Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.

• Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.

• Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, так как имеет цвет, похожий на золото.

• Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.

Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний. Бета-стабилизаторы, в свою очередь, делятся на бета-изоморфные и бета-эвтектоидообразующие. Самым распространённым титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V (в российской классификации — ВТ6).

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

• 60 % — краска;

• 20 % — пластик;

• 13 % — бумага;

• 7 % — машиностроение.

 

4.1.4.Цинк в организме человека

Титан - один из тех химических элементов, влияние которого на человеческий организм хорошо не изучено. Между тем, нельзя сказать, что титан и его соединения - тайна за семью печатями для научных и медицинских кругов. Титан играет отведенную природой роль, исполнить которую другим элементам не под силу. И сбрасывать со счетов этот элемент только на том основании, что о нём мало известно, не нужно, приуменьшать его значимость не стоит. Широчайшее применение титан получил в медицине. Из титана изготавливается огромное количество медицинских инструментов, особенно хирургических: скальпели, пинцеты, зажимы.

                                                                10

Но ещё более широкое распространение титан получил как материал для изготовления протезов благодаря своей прочности, легкости, коррозионной стойкости и биологической инертности. Титан применяется в качестве материала при изготовлении имплантатов в ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и нейрохирургии. В стоматологии применяются титановые штифты, и титановые имплантаты, на которые крепятся зубные коронки.

Рекомендуемая суточная норма титана

Титан, который представляет собой твердый металл серебристо-серого цвета, является составляющей многих минеральных веществ. Этот химический элемент довольно широко распространен в природе.

Каждые сутки в человеческий организм поступает приблизительно 0,85 мг этого макроэлемента с продуктами питания, питьевой водой и даже с воздухом. Однако, всасываемость титана желудочно-кишечным трактом слишком слабая – всего от 1 до 3 процентов данного вещества.

Для чего организму человека необходим титан? Большинство специалистов-биохимиков считают, что биологическая роль этого макроэлемента полностью не выяснена, но в то же самое время известно, что титан принимает участие в процессе образования эритроцитов в костном мозге, а также формировании нормального иммунитета и синтезе гемоглобина.

В человеческом организме титан можно найти в слуховом и зрительном центрах, головном мозге и даже женском молоке, где он присутствует в определенных количествах. Это вещество способно снижать содержание холестерина и мочевины, улучшая состав крови, а также активизировать процессы обмена веществ.

Встретить титан можно в морской воде, в тканях растений и животных, и, следовательно, в продуктах растительного и животного происхождения. Растения получают это вещество из почвы, а животные, поедая их, также обогащают свой организм титаном. Больше всего этого макроэлемента присутствует в бобовых, молочных и мясных продуктах, но его содержание очень незначительно. Известно, что в достаточно немалых количествах титан содержится в ярко-зеленой водоросли пресноводных водоемов - кустистой кладофоре.

Суточная норма 

Суточная норма титана – довольно специфический термин, в связи с тем, что его роль для организма человека полностью не раскрыта. Но в то же время согласно некоторым данным этого вещества нам требуется не менее 300-600 мкг в сутки.    

                                                                11

Основные проявления дефицита титана

Примечательно, что признаки недостатка титана ни у человека, ни у животных пока еще не выявлены, поэтому можно сказать, что есть основания предполагать, что такого состояния просто не существует.

Титан является малотоксичным или вовсе нетоксичным металлом для человеческого организма. Например, что будет, если превысить суточную норму титана, врачи сказать не могут, так как не располагают достаточными данными.

Известно лишь, что при регулярном вдыхании двуокиси титана это вещество накапливается в легких, вызывая некоторые хронические заболевания с одышкой и кашлем с мокротой – трахеит, альвеолит и другие. Поэтому говоря о недостатке титана, следует иметь в виду лишь факт избыточного состояния этого элемента в организме, которое может быть опасно для жизни.

4.2  Характеристика  P

Фосфор —химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 15. Один из распространённых элементов земной коры: его содержание составляет 0,08—0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л[4]. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатитCa5(PO4)3(F,Cl,OH), фосфорит и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах (см. фосфолипиды). Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни.

4.2.1.История открытия

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятный запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото.

                                                               12

После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.

Картина Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» предположительно описывающая открытие фосфора Хеннигом Брандом, 1771 год . Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком —Иоганном Кункелем. Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году. Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом. Существуют данные, что фосфор умели получать ещё арабские алхимики в XII в. То, что фосфор — простое вещество, доказал Лавуазье.

4.2.2.Нахождение в природе

Фосфор встречается в природе почти исключительно в виде солей фосфорной кислоты, главным образом фосфорита 3Са3(РО4)2∙Са(ОН)2 и апатита 3Са3(РО4)2∙Са(F,С1)2. Лишь в отдельпых местах встречаются фосфаты железа, например, вивианит (синяя железная руда) Fе3(РO4)2∙8Н2O, алюминия, например, вавеллит 3А12O3∙2Р2O5∙12Н2O, а также редких земель. Соединения фосфорной кислоты составляют существенную часть растительных и животных организмов. Часть фосфорной кислоты связана в них в виде органических соединений, например, в желтке яйца и в веществе мозга − в форме лецитинов; частично же в виде гидраксилапатита 3Са3(РО4)2∙Са(ОН)2 или карбонат-апатита 3Са3(РО4)2∙СаСО3∙Н2О она входит в состав основного вещества костей.

Зубная эмаль не содержит, как предполагали ранее, преимущественно фторапатит 3Са3(РО4)2∙СаF2, но состав ее неорганического вещества, что было показано позднейшими исследованиями, в основном такой же, как и остальных костей. Большая прочность зубной эмали объясняется тем, что гидроксил- или карбонатапатит в ней присутствует в сравнительно более крупно-кристаллическом состоянии (размер кристалликов 10-4 см по сравнению с 10-5−10-6 см в остальных костях).