Укажите как металлы взаимодействуют с водой


Какие металлы реагируют с водой?

Прежде всего следует запомнить, что металлы делят в целом на три группы:

1) Активные металлы: к таким металлам относятся все щелочные металлы, щелочноземельные металлы, а также магний и алюминий.

2) Металлы средней активности: к таковым относят металлы, расположенные между алюминием и водородом в ряду активности.

3) Малоактивные металлы: металлы, расположенные в ряду активности правее водорода.

В первую очередь нужно запомнить, что малоактивные металлы (т.е. те, что расположены после водорода) с водой не реагируют ни при каких условиях.

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при любых условиях (даже при обычной температуре и на холоде), при этом реакция сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла. Например:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Магний из-за того, что покрыт защитной оксидной пленкой, реагирует с водой только при кипячении. При нагревании в воде оксидная пленка, состоящая из MgO, разрушается и находящийся под ней магний начинает реагировать с водой. При этом реакция также сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла, который, однако, в случае магния нерастворим:

Mg + 2H2O = Mg(OH)2↓ + H2

Алюминий так же, как и магний, покрыт защитной оксидной пленкой, однако в этом случае кипячением ее разрушить нельзя. Для ее снятия требуются либо механическая чистка (каким-либо абразивом), либо ее химическое разрушение щелочью, растворами солей ртути или солей аммония:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Металлы средней активности реагируют с водой лишь тогда, когда она находится в состоянии перегретого водяного пара. Сам металл при этом должен быть нагрет до температуры красного каления (около 600-800 оС). В отличие от активных металлов, металлы средней активности при реакции с водой вместо гидроксидов образуют оксиды металлов. Продуктом восстановления и в этом случае является водород:

Zn + H2O = ZnO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 или

Fe + H2O = FeO + H2 (в зависимости от степени нагрева)

Как взаимодействуют грунтовые и поверхностные воды?

Материал адаптирован из: Vandas, S.J., Winter, T.C., and Battaglin, W.A. 2002. Water and the Environment, p. 28-29. Опубликовано серией экологической информации Американского института геонаук. Щелкните здесь, чтобы загрузить полное руководство.

Системы поверхностных и подземных вод связаны в большинстве ландшафтов. Потоки взаимодействуют с грунтовыми водами тремя основными способами: потоки получают воду из притока грунтовых вод через русло, потоки теряют воду из-за оттока через русло, или они делают и то, и другое, в зависимости от местоположения вдоль потока.Именно вклад грунтовых вод поддерживает течение ручьев между выпадением осадков или после таяния снега. Для того, чтобы ручей набирал воду, высота уровня грунтовых вод вблизи ручья должна быть выше, чем поверхность воды в ручье. Чтобы поток терял воду в грунтовые воды, уровень грунтовых вод должен быть ниже отметки водной поверхности потока в непосредственной близости от ручья. Если уровень грунтовых вод сильно колеблется в течение года, сегмент водотока может получать воду из грунтовых вод в течение части года и терять воду в грунтовые воды в другое время.

Поверхностные водные объекты, такие как озера и водно-болотные угодья, могут получать приток грунтовых вод, подпитывать грунтовые воды или и то, и другое. Движение воды между системами грунтовых и поверхностных вод приводит к смешиванию их свойств воды. Большое количество питательных веществ или других растворенных химикатов в поверхностных водах может передаваться в подключенную систему подземных вод.

Узнать больше

  • Вода как один ресурс (веб-семинар), Американский институт наук о Земле
    Три презентации, посвященные взаимодействию подземных и поверхностных вод, каковы последствия этих взаимодействий для водных ресурсов и как управлять водой более эффективно, если их понимание взаимодействия включены.
  • Грунтовые и поверхностные воды: единый ресурс (справочник), Геологическая служба США
    Исчерпывающий обзор взаимодействия грунтовых и поверхностных вод для широкой аудитории. Охватывает естественные процессы взаимодействия (взаимодействия в гидрологическом круговороте, химические взаимодействия подземных и поверхностных вод, взаимодействия в различных ландшафтах), влияние деятельности человека на подземные воды и взаимодействия поверхностных вод, а также проблемы и возможности в этих взаимодействиях.
  • Взаимодействие грунтовых и поверхностных вод (веб-сайт), Геологическая служба США
    Этот веб-сайт объединяет технические и общие публикации, веб-сайты проектов и технические модели, связанные с взаимодействием подземных и поверхностных вод.
.

Как добыча металлов может повлиять на окружающую среду?

Материал адаптирован из: Hudson, T.L, Fox, F.D., and Plumlee, G..S. 1999. Добыча металлов и окружающая среда, с. 7,20-27,31-35,38-39. Опубликовано серией экологической информации Американского института геонаук.

Современные горнодобывающие предприятия активно стремятся смягчить потенциальные экологические последствия добычи металлов, и такие операции строго регулируются в США. Ключ к эффективному смягчению последствий лежит во внедрении достижений науки и техники, которые предотвращают нежелательные воздействия на окружающую среду или контролируют их.

Операции и отходы, связанные с добычей и обработкой металлов, являются основными причинами экологической озабоченности при добыче металлов. Проблемы включают:

Физические нарушения

Самыми большими физическими нарушениями на руднике являются фактические горные выработки, такие как открытые карьеры и связанные с ними свалки пустой породы. Горнодобывающие предприятия, такие как офисы, магазины и комбинаты, которые занимают небольшую часть нарушенной территории, обычно спасаются или сносятся, когда рудник закрывается.Карьеры и отвалы пустой породы являются основными визуальными и эстетическими эффектами горных работ. Подземная добыча обычно приводит к образованию относительно небольших площадок для отвала пустой породы размером от нескольких акров до десятков акров (0,1 км2). Эти участки обычно располагаются возле выходов подземных выработок. Открытые горные работы затрагивают более обширные территории, чем подземные горные работы, и, следовательно, оказывают большее визуальное и физическое воздействие. Поскольку количество пустой породы в карьерах обычно в два-три раза превышает количество добываемой руды, огромные объемы пустой породы удаляются из карьеров и откладываются на близлежащих территориях.

Отвалы от переработки, такие как хвостохранилища, отваи выщелачивания и кучи шлака, различаются по размеру, но могут быть очень большими. Водохранилища, связанные с некоторыми из крупнейших заводов, например на открытых медных рудниках, могут занимать тысячи акров (десятки км2) и иметь толщину в несколько сотен футов (около 100 м). Сваи кучного выщелачивания могут занимать от десятков до сотен акров (от 0,1 до 1 км2) и достигать нескольких сотен футов (около 100 м) в высоту. Они напоминают груды пустой породы по расположению и размеру, но имеют более точную конструкцию.Шлак - это стеклообразный побочный продукт плавки; Отвалы шлака могут занимать от десятков до сотен акров (от 0,1 до 1 км2) и иметь высоту более 100 футов (30 м).

Эти воздействия сохраняются на ландшафте до тех пор, пока нарушенные участки не стабилизируются и не будут восстановлены для других целей, таких как места обитания диких животных или зоны отдыха, после прекращения добычи.

Загрязнение почвы и воды от пустой породы и хвостохранилищ

Мобилизация металлов в пустой породе

Отвалы пустой породы обычно располагаются как можно ближе к руднику, чтобы минимизировать затраты на транспортировку.При неправильном управлении эрозия минерализованной пустой породы в поверхностные стоки может привести к концентрации металлов в отложениях ручьев. Эта ситуация может быть потенциально опасной, особенно если металлы находятся в химической форме, которая позволяет им легко выделяться из отложений в водотоки. Когда это происходит, металлы считаются «мобилизованными» и «биодоступными» в окружающей среде.

В некоторых случаях биодоступные металлы поглощаются растениями и животными, вызывая пагубные последствия.Несмотря на то, что текущая практика горных работ и рекультивации в США, руководствуясь экологическими нормами, сводит к минимуму или предотвращает эрозию пустой породы в водотоки, удаление пустой породы в местах, где она может размываться в поверхностные стоки, происходило исторически. Эти условия все еще существуют на некоторых старых или заброшенных шахтах.

Шлак - побочный продукт процесса плавки. Большинство шлаков, поскольку они состоят в основном из окисленного стекловидного материала, не являются столь значительным потенциальным источником выбросов металлов в окружающую среду, как отходы рудников и хвосты заводов.Однако некоторые шлаки могут содержать остаточные минералы, которые могут быть потенциальным источником выброса металлов в окружающую среду.

Дренаж кислых пород из пустой породы

Хотя характер пустой породы зависит от типа руды, многие пустые породы содержат сульфидные минералы, связанные с металлами, такие как свинец, цинк, медь, серебро или кадмий. Важным сульфидным минералом, распространенным в пустой породе, является пирит, сульфид железа. Когда пирит подвергается воздействию воздуха и воды, он подвергается химической реакции, называемой «окислением».«Процесс окисления создает кислые условия, которые могут препятствовать росту растений на поверхности кучи отходов. Голые, лишенные растительности материалы оранжевого цвета на поверхности делают некоторые участки пустой породы хорошо видимыми, и они являются наиболее очевидным результатом этих кислых условий.

Если вода проникает в пустую породу, содержащую пирит, в результате окисления вода подкисляется, что позволяет растворять металлы, такие как медь, цинк и серебро. Такое образование кислой воды обычно называют «дренаж кислой породы».«Если не предотвратить дренаж кислых пород и оставить его неконтролируемым, образующиеся кислые и содержащие металлы воды могут стекать в ручьи и загрязнять их или мигрировать в местные грунтовые воды. Кислотность загрязненных грунтовых вод может нейтрализоваться по мере их прохождения через почвы и скалы. Однако могут оставаться значительные уровни растворенных компонентов, что препятствует их использованию для питьевой воды или орошения.

Там, где происходит осушение кислых пород, растворение и последующая мобилизация металлов в поверхностные и подземные воды, вероятно, является наиболее значительным воздействием на окружающую среду, связанным с добычей сульфидных минералов металлов.Кислые и металлосодержащие грунтовые воды встречаются в заброшенных подземных выработках и выработках более глубоких участков, которые встречаются с грунтовыми водами минерализованной территории. Поскольку они обычно расположены на уровне или ниже уровня грунтовых вод, подземные шахты действуют как своего рода колодец, который постоянно наполняется водой. Поскольку эти воды перед сбросом мигрируют через подземные горные выработки, они взаимодействуют с минералами и горными породами, обнаженными в шахте. Если в этих породах присутствуют сульфидные минералы, особенно пирит, сульфиды могут окисляться и вызывать дренаж кислых пород.

Утечка кислоты из хвостов

Хвосты переработки сульфидных руд, в первую очередь медных, свинцовых и цинковых руд, могут иметь более высокие концентрации пирита, чем обычные в пустой породе. Кроме того, поскольку хвосты состоят из мелких минеральных частиц размером с мелкий песок и меньше, они могут реагировать с воздухом и водой более легко, чем пустые породы. Таким образом, вероятность развития кислых условий в обогащенных пиритом хвостах очень высока.

Просачивание из хвостов можно предотвратить или свести к минимуму, поместив непроницаемый барьер, например глину, на дно водохранилища перед захоронением хвостов. Многие хвостохранилища до 1970-х годов не имели таких барьеров. Проникновение поверхностных вод в хвостохранилище можно предотвратить, используя методы рекультивации, которые облегчают сток, а не скопление поверхностных вод. Если не предотвратить или не контролировать, кислые и содержащие металлы воды из хвостохранилища могут повлиять на среду обитания ручьев и грунтовые воды.

Загрязнение воздуха

На некоторых участках выбросы газа и твердых частиц, которые были выброшены в атмосферу в результате прошлых операций по плавке, были источником беспокойства для здоровья человека и воздействия на окружающую среду. Осознавая важность сведения к минимуму и смягчения этого воздействия, современные металлургические заводы используют процессы, которые резко сокращают выбросы твердых частиц и диоксида серы.

В прошлом диоксид серы был наиболее распространенным источником беспокойства, поскольку он вступает в реакцию с водяным паром из атмосферы с образованием серной кислоты или «кислотного дождя».«Кислые условия, которые развиваются в почвах, где эти выбросы осаждаются, могут нанести вред существующей растительности и помешать росту новой растительности. Бесплодные районы вблизи плавильных заводов оказывали стойкое воздействие на окружающую среду в результате исторической плавки. Некоторые пострадавшие районы, существовавшие десятилетиями, сейчас начинают восстанавливаться.

В некоторых случаях выбросы от старых металлургических заводов могли повлиять на здоровье человека. Например, повышенные уровни свинца в крови были измерены у жителей некоторых населенных пунктов, расположенных вблизи свинцово-цинковых заводов во время их работы.Сегодня плавильные операции в сочетании с экологическим контролем применяются для предотвращения потенциальных проблем для окружающей среды и здоровья, связанных с выбросами.

Общественная безопасность

Старые горнодобывающие предприятия по своей сути интересны для людей, но также потенциально опасны. У них могут быть ямы на поверхности, открытые или скрытые входы в подземные выработки или старые интересные постройки. Еще одним соображением безопасности на некоторых рудниках является проседание или проседание грунта. Земля может постепенно оседать там, где подземные выработки подошли близко к поверхности.Поскольку неожиданное обрушение может произойти без предупреждения, такие области обычно выявляются, и их следует избегать. Когда современные шахты закрываются, владельцы шахт уменьшают такие опасности, перекрывая горные выработки, меняя градацию и уменьшая крутые склоны наземных выработок, а также утилизируя или снося здания и сооружения.

В некоторых штатах, где распространены старые горнодобывающие районы, таких как Колорадо и Невада, нынешние владельцы шахт, правительственные агентства или другие заинтересованные стороны могут осуществлять проекты рекультивации и снижения уровня безопасности, направленные на устранение опасностей на этих участках.Как минимум, эти программы выявляют опасности, устанавливают предупреждающие знаки и знаки запрета вторжения и ограждают опасные зоны. Закрытие входов в старые подземные выработки также может быть частью этих усилий. Некоторые заброшенные горные выработки стали важными местами обитания колоний летучих мышей. Закрытие шахтных отверстий может быть спроектировано так, чтобы летучим мышам был обеспечен постоянный доступ и защита. Эта практика особенно ценна для исчезающих видов летучих мышей. Поскольку многие старые шахты могут быть небезопасными, случайного посетителя таких мест предостерегают, чтобы он проявлял осторожность и не заходил на них.

Узнать больше

  • Добыча металлов и окружающая среда (буклет), Американский институт геофизических исследований
    Предоставляет основную информацию о цикле добычи полезных ископаемых, от разведки полезных ископаемых до закрытия шахты. В буклете обсуждаются экологические аспекты добычи металлов и показаны способы, которыми наука и технологии помогают предотвратить или уменьшить воздействие на окружающую среду.
  • Понимание загрязнителей, связанных с месторождениями полезных ископаемых (информационный бюллетень), U.S. Геологическая служба
    Существенное загрязнение может исходить от природных отложений, а также от бездействующих шахт. В этом информационном бюллетене 2007 года представлен обзор исследований Геологической службы США о том, как металлы и кислые воды выделяются из полезных ископаемых и бездействующих шахт.
  • Свяжитесь с вашим государственным горнодобывающим агентством: Ссылки на государственные горнодобывающие агентства, Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах
.

Как металлы взаимодействуют с ДНК? - ScienceDaily

Для борьбы с раком каждый год тысячи химических веществ проверяются на предмет их потенциального воздействия на опухолевые клетки. После того, как будет найдено соединение, способное подавлять рост раковых клеток, потребуется несколько лет исследований, прежде чем лекарство будет одобрено и может быть применено к пациентам. Выяснение различных путей, по которым лекарство действует в клетках человека, с целью прогнозирования возможных побочных эффектов обычно требует сложных и длительных экспериментов.

Команды Летисии Гонсалес с химического факультета Венского университета и Хасинто Са из Уппсальского университета разработали протокол, который позволяет с высокой точностью определять, как, где и почему лекарство взаимодействует с биомолекулами организма. «На первом этапе, используя высокоэнергетическое рентгеновское излучение синхротрона третьего поколения Swiss Light Source, определяется излюбленное место связывания лекарства внутри клетки», - объясняет Гонсалес. На втором этапе продвинутое теоретическое моделирование, частично выполненное на суперкомпьютере «Венский научный кластер», рационализирует предпочтение потенциального лекарства для этого конкретного места.

Ученые применили этот протокол к препарату Pt103, который, как известно, обладает цитотоксическими свойствами, но механизм действия неизвестен. Соединение Pt103, которое принадлежит к семейству так называемых препаратов на основе платины, показало многообещающую противоопухолевую активность в предыдущих исследованиях. До недавнего времени ученые могли только предполагать действие этого соединения с ДНК, обнаруженной внутри человека или раковой клетки. «Мы смогли показать, что препарат связывается с определенным участком ДНК, чего не ожидалось на основании предыдущих исследований.И мы могли бы также объяснить, почему наркотик атакует именно этот сайт ", - говорит Хуан Х. Ногейра, научный сотрудник группы Гонсалеса и соавтор исследования. Используя эти недавно полученные знания, можно лучше понять функциональность соответствующего химиотерапевтическое средство, которое может привести к разработке новых и более эффективных лекарств.

История Источник:

Материалы предоставлены Венским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.

Как работает вода | HowStuffWorks

Водородная связь между молекулами воды, о которой мы говорили в первом разделе, является причиной двух уникальных свойств воды: когезия и адгезии . Сплоченность означает, что вода очень легко прилипает к себе. Адгезия означает, что вода также очень хорошо прилипает к другим предметам, поэтому она растекается тонкой пленкой на определенных поверхностях, например на стекле. Когда вода вступает в контакт с этими поверхностями, силы сцепления превышают силы сцепления.Вместо того, чтобы слипаться в клубок, он распространяется.

Вода также имеет высокий уровень поверхностного натяжения . Это означает, что молекулы на поверхности воды не окружены одинаковыми молекулами со всех сторон, поэтому их притягивает только когезия других молекул глубоко внутри. Эти молекулы прочно сцеплены друг с другом, но слабо прилипают к другой среде. Одним из примеров этого является то, как вода скапливается на восковых поверхностях, таких как листья или вощеные автомобили.Поверхностное натяжение делает эти капли воды круглыми, поэтому они покрывают как можно меньшую площадь поверхности.

Объявление

Капиллярное действие также является результатом поверхностного натяжения. Как мы уже упоминали, это происходит у растений, когда они «всасывают» воду. Вода прилипает к внутренней части трубок растения, но поверхностное натяжение пытается ее сгладить. Это заставляет воду подниматься и снова сцепляться с собой, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не накопится достаточно воды, чтобы гравитация начала тянуть ее обратно вниз.

Водородные связи воды также являются причиной того, что ее твердая форма, лед , может плавать в своей жидкой форме. Лед менее плотен, чем вода, потому что молекулы воды образуют кристаллические структуры при температуре ниже нуля (32 градуса по Фаренгейту или 0 градусов Цельсия). Тепловые свойства воды также связаны с ее водородными связями. Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость , то есть количество тепла на единицу массы, необходимое для повышения ее температуры на один градус Цельсия.Энергия, необходимая для повышения температуры воды на один градус Цельсия, составляет 4,2 джоуля на грамм. Вода также имеет высокую теплоту испарения , что означает, что она может принимать много тепла без значительного повышения температуры. Это играет огромную роль в климате, потому что океанам нужно много времени, чтобы нагреться.

Вода часто известна как универсальный растворитель , что означает, что в ней растворяются многие вещества. Вещества, растворяющиеся в воде, гидрофильные .Это означает, что они так же сильны или сильнее, чем силы сцепления воды. Соль и сахар полярны, как вода, поэтому они очень хорошо растворяются в ней. Вещества, не растворяющиеся в воде, гидрофобны . Отсюда поговорка «масло и вода не смешиваются». Растворимость воды - вот почему вода, которую мы используем, редко бывает чистой; в нем обычно растворено несколько минералов.

Присутствие этих минералов составляет разницу между жесткой водой и мягкой водой .Жесткая вода обычно содержит много кальция и магния, но также может содержать металлы. Мыло плохо пенится в жесткой воде, но жесткая вода обычно не опасна. Он также может вызывать отложения известкового налета в трубах, водонагревателях и туалетах.

Некоторые из последних споров о свойствах воды заключаются в том, как ведет себя лед, когда он тает. Некоторые ученые утверждают, что он выглядит примерно так же, как и в твердом состоянии, за исключением того, что некоторые из его водородных связей разорваны. Другие утверждают, что это формирует совершенно новую структуру.Так что, несмотря на всю важность, мы до сих пор не совсем понимаем воду.

Для получения дополнительной информации о воде и связанных темах ознакомьтесь с ссылками на следующей странице.

.

Смотрите также