Занимательно о железе
Шрифт:
На Филлипинах и в Пуэрто-Рико законодательным путем разрешен выпуск риса только с добавкой витамина и железа. Такой же закон позже приняли в некоторых южных штатах Америки. Эти изменения приходится вносить из-за несовершенства круп в биохимическом смысле.
Недостаток железа в организме человека необходимо компенсировать лекарственными препаратами, содержащими соли органических кислот. Современная медицина может предложить много различных препаратов, содержащих легкорастворимые соединения железа. При малокровии, упадке сил, после инфекционных заболеваний применяются препараты железа — восстановленное железо, молочнокислое закисное железо, углекислое закисное железо с сахаром, сернокислое закисное железо, таблетки Бло, настойка яблочнокислого железа, аскорбиновая кислота и другие.
В растительном мире роль железа не менее важна. За исключением железобактерий, все живые организмы — от растений до человека — связывают вдыхаемый кислород в сложные соединения. В центре их молекул находится атом металла. Для растений — это атом магния, для животных — атом железа. Железо необходимо для образования хлорофилла, который обусловливает усвоение растениями углекислоты воздуха при помощи поглощаемой ими энергии солнечного света. Хотя железо не входит в состав хлорофилла, без него этот пигмент не образуется.
Недостаток железа в почве вызывает железное голодание растений и заболевание — хлороз. Наиболее чувствительны к недостатку железа плодовые деревья — яблоня, груша, слива, персик, цитрусовые, а также малина, виноград. Применение комплексных препаратов, содержащих железо, помогло увеличить урожай яблок и других культур.
В конце XIX века немецкий ученый Лидге опубликовал исследование о зависимости произрастания различных пород деревьев от содержания в почвах известных минералов. Он заметил, что в Прирейнских провинциях залежи железа покрыты по преимуществу березовым лесом, тогда как в окрестности их, не имеющих железных руд, растут дуб, бук и другие породы деревьев. Ученый установил зависимость роста известных пород деревьев от наличия тех или иных минеральных солей в почве.
О зеленых разведчиках земных недр, о растениях-рудознатцах было известно давно. Еще М.В. Ломоносов заметил, что растительность над рудными жилами изменяет свой обычный облик. Использовав “ботаническую формулу” великого ученого, геологи открыли месторождения меди в центре Казахстана.
Поиски руд по растениям теперь изучает специальная наука — био-геохимия. Таких растений — “геологов” известно более 40 видов. Добрым спутником залежей железных руд считают соссюрею или горькушу, многолетнее травянистое растение, произрастающее в Средней Азии, Сибири, на Дальнем Востоке. Ученые также установили, что зола из листьев березы имеет бурый цвет, если она росла на железорудном месторождении. Способность некоторых растений и живых существ накапливать химические элементы из окружающей среды иногда поразительна. Так, биологи обнаружили у морского огурца “умение” синтезировать обыкновенное железо в виде круглых шариков прямо под кожей. Диаметр этих шариков не превышает 0,002 миллиметра. Этот феномен — новое свидетельство того, что живые организмы способны осуществлять процессы, для нормального протекания которых нужны большие температуры и высокое давление. Это наводит ученых на мысль о создании биометаллургии.
В условиях водно-воздушной обстановки в рудных шахтах минералы окисляются и обогащают рудничную воду железом и серной кислотой. При откачке вод на поверхности везде можно увидеть желто-коричневый осадок гидратов окиси железа. Железо в этих водах окислялось намного быстрее, чем в лабораторных условиях. Виновниками оказались бактерии из рода тиобациллус; из-за способности окислять закисное железо в кислых растворах они были названы ферроксиданс (железоокисляющая). Впервые о них сообщил еще в 1888 году русский микробиолог С.Н. Виноградский. Потребовалось немало времени для их изучения.
В лабораторных условиях бактерии показали завидную работоспособность: скопление марганца размером со спичечную головку они создавали за две — три недели. Ученые полагают, что именно таким путем в течение многих тысяч и миллионов лет скапливались большие залежи железных и марганцевых руд. Так образовались знаменитое Криворожское месторождение в Советском Союзе и железнорудные залежи в районе Великих озер в США.
Появились уже первые установки для микробиологической добычи минерального сырья (меди).
В 1964 году создана первая в СССР бактериальная установка — на Дегтярском месторождении. За три месяца на ней получили несколько десятков тонн первой “бактериальной” меди. Опытно-промышленная установка по извлечению меди из руды методом микробиологической металлургии вступила в строй на Алмалыкском горнометаллургическом комбинате в 1982 году. В так называемой бедной руде поселили микробов, которые питаются серными окислами меди, выделяя при этом медный купорос. В полученный раствор засыпали стальную стружку, и чистый металл осаждался на ней ровным плотным слоем. Микробы-“металлурги” трудятся весьма производительно.
В морской воде и на дне океанов
Морскую воду иногда называют жидкой рудой: в ней содержится около 80 элементов. Если извлечь все железо, растворенное в морской воде, то его придется 35 тонн на каждого жителя планеты. Много ли это? Судите сами: за все существование человечества произведено около 6 тонн на каждого человека.
Как ни велики минеральные ресурсы морской воды, наибольшее внимание ученых и инженеров привлекают сейчас минеральные богатства океанского дна. Об огромных скоплениях железомарганцевых конкреций на дне трех океанов мира известно еще со времен экспедиции английского корвета “Челленджер” в 1873–1876 годах. В последние годы после изучения возможностей промышленной добычи конкреций интерес к ним возрос.
Типы железомарганцевых отложений разнообразны, начиная с пятен и корок, распространенных повсеместно, включая осколки снарядов морских орудий, на которых слой толщиной в несколько миллиметров нарастает за десятки лет, и кончая гранулами и кусками размером с картофелину. Конкреции могут лежать на дне так близко одна к другой, что общая картина напоминает мостовую. Такая сплошная мостовая из кусков отложений на плато Блейк занимает площадь 5 тысяч квадратных километров.
Конкреции образуются в глубоких океанских впадинах, в мелких водах, заливах, морях и даже озерах. В центре обычно какой-либо предмет, например зуб акулы, а вокруг него образуется конкреция путем нарастания концентрированных колец осадков. Спорен вопрос о происхождении конкреций. До сих пор отсутствуют доказательства участия биологических процессов в образовании их. Химики надеются, что детальное изучение условий формирования конкреций позволит со временем научиться ускорять их рост и сделать процесс их образования управляемым.
Конкреции состоят главным образом из гидратированных окислов марганца и железа. Они обладают способностью концентрировать из морской воды такие микроэлементы, как кобальт, никель, цинк, свинец.
Считается, что в состав конкреций со дна Тихого океана входят 24,2% марганца, 14% железа, около 1% никеля, 0,5% меди, 0,35% кобальта; конкреции со дна Атлантического океана содержат в среднем 16,3% марганца, 17,5% железа, 0,45% никеля, 0,2% меди, 0,13% кобальта.
Конкреции, содержащие до 20% марганца, 15% железа, по 0,5% никеля, кобальта и меди, имеются в морях, омывающих советскую территорию: в Белом море, в северной части Баренцева моря, в Рижском и Финском заливах и в Аральском море.