Превращение веществ в одной среде

перемещений и превращений под влиянием многочисленных факторов. При этом проходят процессы физические (механическое перемешивание, осаждение, адсорбция и десорбция, улетучивание, фотолиз), химические (диссоциация, гидролиз, ком-плексообразование, окислительно-восстановительные реакции), био­логические (поглощение живыми организмами, разрушение и пре­вращение с участием ферментов и метаболитов), геологические (захоронение в донных осадках и породообразование).

озера

значение такие его свойства, как растворимость в воде, способность распределяться между твердой и жидкой фазами, между полярными и неполярными растворителями, активность диссоциа­ции, способность к комплексообразованию, скорость разрушения, гидролиза и фотолиза, летучесть. Пример распределения сложного органического вещества (нефти) приведен на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2. Судьба компонентов 223 тыс. тонн нефти, пролитых при аварии танкера «Амоко Кадис» 

ве­щества. Растворенной фракцией считается все вещество, которое проникает через фильтр с диаметром пор 0,45 мк.
Значительная часть нефти и нефтепродуктов, пестицидов, полих-лорированных бифенилов, ПАВ локализуется в поверхностной плен­ке, толщиной до десятков микрон. В океанических водах концентра­ция металлов в этом слое в 10-1 000 раз превышает концентрацию уже в нескольких сантиметрах от поверхности.
Металлы в растворимой фракции могут находиться в виде гидратированных ионов, неорганических и органических соединений и комплексов, в том числе с хелатообразователями, гуминовыми, фульвовыми кислотами, полисахаридами, всегда присутствующими в природных водах. Так, растворимая фракция меди включала ионы Cu(H2O)nХ+, Сu(ОН)4-, Cu(OH)20, Cu(OH)2+, CuC03, Cu(CN)-, CuCl22-, комплексы с гидроксилом и другими ионами, неорганические соеди­нения; органические комплексы с пептидами, порфиринами, гуматами.
Нерастворимая фракция включала медь, адсорбированную мицел­лами Fе(ОН)з, взвешенным веществом, клетками водорослей, сестоном, зоопланктоном, CuS, CuO, Cu2(OH)2C03. В результате менее од­ного процента общей растворившейся меди присутствует в водной среде в виде свободного иона.
Фракция коллоидов включает оксиды и гидроксиды металлов с размером частиц до 150 ммк. Важную роль в адсорбции металлов иг­рают мицеллы гидроокиси железа и гидратированного диоксида мар­ганца. В коллоидной фракции металлов содержится, по крайней мере, на порядок больше, чем в форме свободных ионов. При дефи­ците кислорода окислительно-восстановительное равновесие сдвига­ется в направлении возрастания доли восстановленных форм элемен­тов, более растворимых в воде, чем окисленные. Это служит одной из причин повышения концентрации растворенных элементов в водах при недостатке кислорода, особенно — в придонных слоях воды. Вторая причина повышения концентрации элементов при недостатке кислорода может заключаться в распаде коллоидных мицелл оксидов железа и марганца и освобождении адсорбированных на них ионов тяжелых металлов.

которых не связано с форми­рованием новых электронных пар. Комплексы имеют определяющее значение для баланса различных форм металлов в водной среде.
Комплексные соединения металлов образуются за счет взаимодей­ствия с лигандообразователями — реакционно-активными группами молекул, присутствующих в воде. К таким группам относятся СО2-, ОН-, NН3-, С1-, I-, РО4-. Органические комплексообразователи, присут­ствующие в природных водах, включают поликарбоксиловые соеди­нения, аминокислоты, жирные, гуминовые, фульвовые, гликолевую кислоты, цитраты, различные экзометаболиты гидробионтов. С уве­личением валентности связываемых металлов стабильность ком­плексов возрастает. Особой устойчивостью отличаются хелаты или клешневидные соединения, широко распространенные в природных водах (рис.1.3).
Рисунок 1.3. Примеры органических комплексов металлов

абиоген­ной природы, проходят важные превращения, связанные с присутстви­ем живых организмов. Сходные процессы могут происходить в орга­изме и вне его, за счет влияния экзометаболитов и различных ферментных систем. В большой степени такого рода процессы опреде­ляют самоочистительную активность природных вод. Основную роль в биогенном превращении играют микроорганизмы, населяющие вод­ную среду, донные осадки и полости водных макроорганизмов. Одна­ко и процессы жизнедеятельности самих макроорганизмов также вов­лекаются в общий процесс преобразования веществ в экосистеме.

может происходить окисли­тельно-восстановительное превращение кобальта, хрома, мышьяка. При этом аэробные микроорганизмы обеспечивают процессы окис­ления, а анаэробные — процессы восстановления. Восстановленные условия создаются в основном в глубине донного грунта. В толще воды восстановление может проходить в условиях длительного и глубокого дефицита кислорода. Так, соотношение трех- и пятивалент­ного мышьяка в воде составляет в среднем 0,15. Самопроизвольное восстановление пятивалентного мышьяка до трехвалентного возможно лишь при значениях рН не выше 3. Полагают, что термоди­намически менее устойчивый трехвалентный мышьяк может сущест­вовать в водной среде только за счёт происходящего микробиологи­ческого восстановления пятивалентного мышьяка.
В химических реакциях, связанных с превращением металлов при участии гидробионтов, особое место занимает их метилирование, т.е. образование метилсодержащих соединений металлов. Метилирова­ние представляет собой неферментативный процесс, проходящий с участием метилкобаламина (витамина Bi2, несущего метильную группу). Метилирование ртути с образованием метил- и диметилртути проходит активнее с участием микрофлоры, особенно эффектив­но — в анаэробных условиях (рис. 1.4).
Рисунок 1.2. Превращение ртути в водной экосистеме.

меди, кадмия, но не никеля, цинка, алюминия. По поводу свинца сведения противоречивы.
Широкий круг превращений проходит в водной среде мышьяк. В морской среде происходит его восстановление и метилирование с об­разованием монометиларсониевой и диметиларсиновой кислот. При­чем скорость превращения коррелирует с первичной продукцией экосистемы. В высокопродуктивных экосистемах до 80% общего мышьяка находится в превращенных формах. В процессе метилиро­вания мышьяка могут образовываться чрезвычайно токсичные ди- и триметиларсины, быстро окисляющиеся в среде до какодиловой кис­лоты. В некоторых гидробионтах мышьяк присутствует в виде арсенобетаина CH303As+CH2COO-