ДОСЛІДЖЕННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ВАНАДІЮ В ЯКОСТІ МІКРОДОБРИВ

Чмара П. О.

Кременчуцька гімназія №5 імені Т. Г. Шевченка

ДОСЛІДЖЕННЯ  ДОЦІЛЬНОСТІ  ВИКОРИСТАННЯ  ВАНАДІЮ В ЯКОСТІ МІКРОДОБРИВ

            Геохімічна класифікація хімічних елементів – класифікація елементів на основі спільних закономірностей поведінки в геологічних процесах, тобто за ознакою їх геохімічною подібності.

          Згідно с класифікацією В. Вернадського [2]: всі елементи поділяються на шість груп елементів. В основу поділу на групи покладено принципи, що визначили геохімічну історію елемента в земній корі, а саме: хімічна активність елемнта (здатність утворювати хімічні сполуки); його участь (поведінка) в циклічних процесах міграції в біосфері; перевага розсіяного стану; висока радіоактивність.

         Ванадій відносять до третьої, найбільшої групи – циклічних елементів. За масою вони переважають у земній корі, з них складаються гірські породи, природні води, живі організми; вони беруть участь у біогеохімічних колообігах. Для кожного елемента цієї групи характерний певний перелік хімічних сполук, що з’являється та розпадається під час перебігу природних процесів. Отже, кожний елемент проходить ланцюг перетворень і у підсумку повертається до віхідного стану, і так далі. Цикли не є повністю оборотними, частина елементів постійно виходить з колообігу (але така сама частина знову до нього залучається).

          Д. І. Менделєєв в основах хімії вказує на труднощі при вивченні сполук Ванадію, але розуміє важливість цього процесу. [6] Труднощі були викликані тим, що Ванадій занадто розсіяний у земній корі.

         Учень В. Вернадського, академік О. Ферсман, засновник науки геохімії,  приділяв велику увагу вивченню Ванадію. [5] Він розумів його біологічну важливість, але не мав чіткої позиції щодо його фізіологічної дії. Одна з його теорій, щодо використання цього елементу полягає в тому, що Ванадій можна використовувати в якості мікродобрив. Ця теорія поки що не підтверджена. Але, як і Менделєєв, він зустрівся з труднощами його добування, через його розсіяність у земній корі.

          Ванадій – це метал сіро-сталевого кольору, рідкісний. Середній вміст у земній корі – 0,02%. В основному міститься в титаномагнетитових, залізних рудах, бокситах, де він ізоморфно заміщує Ферум та Алюміній. Під дією кисню Ванадій окислюється до VO₄^3- і переходить до складу апатитів, заміщуючи частину фосфат-йонів. Відомо близько восьмидесяти мінералів – ванадатів природних, більшість з них – екзогенного походження. Основні мінерали: ванадиніт (Pb₅[VO₄]₃Cl), карнотит (K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O) , деклуазит (PbCuVO₄(OH)), тюямуніт (Ca(UO₂)₂(VO₄)₂·5—8(H₂O)) [4].

         Серед циклічних елементів Ванадій займає п’яте місце.

         Велика кількість залізної руди, що видобувається в нашій краіні, містить від 0,1%  до 0,65% Ванадію. При доменній плавці він майже повністю переходить у чавун. У процесі перетворення чавуну в сталь, більша частина Ванадію переходить в шлаку, який використовують для виробництва феррованадія. Феррованадій зазвичай містить не менше 35% Ванадію.

         Невелика кількість Ванадію, додана у сплав, підвищує пружність і міцність сталь приблизно на 50%. Багато сучасних марок пружних сталей містять до 0,25% Ванадію.

          Ванадій використовують при виробництві автомобілів та інших об’єктів важкої автомобільної промисловості

         Ванадій має високу біохімічну активність, його солі каталізують окиснення гідроксильних сполук (наприклад, адреналіну). Ванадій є незамінним елементом для водоростей, в яких активізує фотосинтез.

                       У невеликій кількості входить до складу організму людини. В основному міститься у: зубах, кістках, жировій тканині. Але дія надвисоких доз Ванадію приводить до смертельного результату. У вагітних тварин, що піддавалися дії декілька менших доз, спостерігалися дефекти в новонароджених. У тварин, що довгий час вдихали або отримували з їжею значні кількості Ванадію з'являлися незначні проблеми з печінкою і нирками. Слід зазначити, що ті дози Ванадію, які використовувалися в дослідах багато разів перевищують концентрації, що мають місце в природі.

                   Хоча дефіцит ванадію у людини – рідкісне явище, проте у піддослідних тварин брак Ванадію приводить до погіршення зростання зубів, кісток, хрящів і м'язів, а також послабленню функції розмноження. Існують також американські дані про те, що недолік ванадію пов'язаний з розвитком діабету. Принаймні дефіцит ванадію, поряд з недоліком хрому і цинку, є одним з найважливіших індикаторів симптомів діабету.

           Сполуки Ванадію є токсичними. Отруєння можливі, наприклад, в результаті вдихання пилу V₂О₅ (вищі оксиди є більш токсичними, ніж нижчі). Потрапляючи до організму, сполуки Ванадію викликають подразнення дихальних шляхів, алергічні реакції, легеневі кровотечі, запаморочення, порушення роботи серця та нирок.  Накопичується Ванадій у кістковій тканині, менше – у печінці та селезінці.

          Ще в минулому столітті Ванадій був вперше виявлений у складі деяких рослин, після чого присутність цього хімічного елементу у вугіллі, торфу та сланцях перестало здаватися дивним.

          Один з рослинних «збирачів» Ванадію добре знайомий кожному –це отруйний гриб бліда поганка. У крові деяких мешканців морів і океанів –морських їжаків і голотурій вміст ванадію досягає 10%. Передбачається, що ванадій грає тут ту ж роль, що Ферум у гемоглобіні. Але це твердження - гіпотетичне. Інші вчені дотримуються думки, що дію Ванадію в цьому випадку можна порівняти з дією Магнію в хлорофілі (замісне інгібування).[2]
                    Вчені з Аргентини проводили досліди з введенням сполук Ванадію в їжу биків і свиней. При цьому, у тварин поліпшувався апетит і вони швидко додавали у вазі. Відомо також, що цвіль «чорний аспергіл» нормально розвивається  тільки в присутності солей Ванадію.

         Отже, Ванадій відіграє багато ролей, але не всі вони дослідженні.

         В якості тестового об’єкту досліду ми обрали квасолю. Серед усіх ванадієвмісних продуктів, квасоля посідає друге місце (200 мкг на 100г). Перше місце місце посідає рис (400 мкг на 100 г), але через складний процес агротехніки, його вирощення не є раціональним.

         25.08.16 було висаджено чотири партії, попередньо замоченої на добу квасолі, одна з них в одномолярному розчині V₂О₅ . Партія містила  20 штук  у кожній, що піддалися в подальшому наступному поливу:

1. Перша партія була контрольною – поливалася водопровідною водою;
2. Друга партія, попередньо замочена в V₂О₅   також поливалася водопровідною водою;
3. Третя партія поливалася 0,004 М розчином.
4. Четверта партія поливалася 0,0004 М розчином.

         На даний момент (з початку досліду пройшло 4 тижні), квасоля, що є контрольною та квасоля, що була замочена у 0,004 М V₂О₅   візуально має однаковий висоту, але стебло рослин у контрольній партії є товщим. Першою зацвіла квасоля в контрольній партії, другою в третій партії. Найгірщі показники показує квасоля в четвертій партії.

         Експерементальна частина роботи продовжується. Наразі працюємо над теоретичним обґрунтуванням результатів. Звітувати плануємо на засіданнях наукового гуртка, міському етапі захисту МАН .

1.          Дабіжук Т. М., Канський В. С. Біогеохімія. Лаболаторний практикум. Для студ. вищ. навч. закл. Під ред Дабіжук Т. М. – Вінниця: « Едельвейс», 2006 – 270с.
2. Практикум з біологічної хімії / Бойків Д. П., Іванків О. Л., Кобилінська Л. І., та ін. / За ред. О. Я. Склярова. – К.: Здоров’я , 2002. – 298 с.
3. Рудишин С. Д. Основи біогеохімії: навч. посіб. / С. Д. Рудишин. – К. : ВЦ «Академія», 2013. – 248  с. – ( Серія «Альмаматер»)
4. Хімія з основами біогеохімії. Частина 1: Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів / О. В. Мазницька, О. В Новохатько, В. І. Орел, А. В. Пасенко, О. М. Рєпіна. – Кривий Ріг: Мінерал, 2007 – 554с.
5. Ферсман. А. Е. Занимательная геохимия химия земли, изд. Академии наук СССР, М. 1959 – 400с.
6. Энциклопедия для детей. [Том 17.] Химия / ред. Коллегия: М. Аксёнова, И. Леенсон, С. Мартынова. – 2-е изд., перераб. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2008. – 656 с.: ил.