Оксид серы (IV) поступает в воздух в результате сжигания топлива и плавки руд, содержащих серу. Основные источники загрязнения атмосферы SO2: энергетические установки, предприятия цветной металлургии и сернокислое производство. Менее значительны выбросы предприятий черной металлургии и машиностроения, угольной, нефтеперерабатывающей промышленности, производства суперфосфата, транспорта.
Выбросы SO2 загрязняют воздух на значительное расстояние от источника (на тысячу и более километров). Оксид серы (IV) считается одной из основных действующих составных частей "токсичных туманов" и одним из активных компонентов формирования смога. Сернистый ангидрид может вызывать общее отравление организма, проявляющееся в изменении состава крови, поражении органов дыхания, повышении восприимчивости к инфекционным заболеваниям, нарушении обмена веществ, повышении артериального давления у детей, ларингита, конъюнктивита, ринита, бронхопневмонии, аллергических реакциях, острых заболеваниях верхних дыхательных путей и системы кровообращения. При кратковременном воздействии - раздражение слизистой оболочки глаз, слезотечение, затруднение дыхания, тошнота, рвота, головные боли. Повышение уровней общей заболеваемости смертности. Повышенная утомляемость, ослабление мышечной силы, снижение памяти. Замедление восприятия, ослабление функциональной способности сердца, изменение бактерицидности кожи. Оксид серы (IV) может нарушать углеводный и белковый обмен, способствует образованию метгемоглобина, снижению имуннозащитных свойств организма.
Взаимодействуя с атмосферной влагой, оксиды серы образуют кислотные осадки (Ph<<4,5), которые оказывают как прямое повреждающее действие на биоту, так и косвенное, закисляя почвы и водоемы.
Установлено что при закислении почвы снижаются доступность для растений питательных элементов (Ca, Mg, Mn) и плодородие почвы. Закисление уменьшает скорость разложения органических остатков, поскольку для жизнедеятельности большинства бактерий и грибов необходима нейтральная среда, снижается продуктивность азотфиксирующих бактерий (при Ph < 5,0 азотобактер погибает), что приводит к ограничению поступления связанного азота в растения и торможению их роста.
Изменение структуры почвы (снижение грануляции, слияние частиц, уплотнение почвы и резкое уменьшение воздухопроницаемости) негативно сказывается на функционировании корневой системы растений, что наносит коллосальный вред лесным массивам.
В кислой почве увеличивается подвижность ионов тяжелых металлов, которые накапливаются в растениях. Некоторые из них, например ионы железа и марганца блокируют поступление фосфора в растения. Сероуглерод, выделяемый предприятиями неорганического синтеза, также представляет реальную угрозу жизни населения. Сам по себе он представляет жидкость, не имеющую цвета, с приятным запахом, но под действием света сероуглерод начинает разлагаться. Продукты разложения придают сероуглероду желтую окраску и неприятный запах. Его пары ядовиты: вдыхание воздуха с содержанием сероуглерода 0,3% и выше может привести к респираторным заболеваниям, а при хроническом воздействии малых доз паров сероуглерода постепенно развиваются различные расстройства центральной нервной системы.
Сера представляет собой один из так называемых циклических элементов, миграция которых происходит в системе "суша - океан - атмосфера - суша". Глобальный биогеохимический цикл серы представляет собой сложную и разветвленную сеть химических и биохимических процессов, в которых принимают участие соединения серы, находящиеся в различных агрегатных состояниях. В настоящее время круговорот серы нарушается из-за промышленного загрязнения воздуха оксидом серы (IV) и сероводородом, которые в больших концентрациях тормозят процессы анаэробного восстановления сульфатов и аэробного окисления сульфидов.
6. Содержание серы в организме человека
Сера - один из самых распространенных элементов, содержащийся в живых организмах и биосфере. Она входит в состав самых разнообразных природных и синтетических соединений, имея валентности от 2(-) до 6(+), наряду с неорганическими формами. Это летучие продукты анаэробного распада органических веществ, тиофен и его производные, входящие в состав углей и нефти, одноуглеродные соединения (тиоцианаты, дисульфид углерода, метантиол), образующийся в природе и технологических циклах, тиолы, меркаптаны, аминокислоты, антибиотики и ксенобиотики, красители и проч.
Общее содержание серы в организме взрослого человека составляет 140 г. Плазма крови содержит 2,7 г серы, а форменные элементы 7,9 г. По некоторым данным эти цифры составляют 1.62% И 0.84% соответственно. Другие авторы указывают, что плазма содержит 1527 мкг/мл серы, а цельная кровь - 1784 мкг/мл. Приведение всех указанных данных к одной системе измерений показывает, что они заметно отличаются друг от друга, однако, находятся в пределе одного порядка.
В организм человека сера в основном поступает в виде аминокислот: цистина и метионина и в виде простых органических соединений в количестве 8,5 мг/сутки.
Кишечник обладает ограниченной проницаемостью для элементарной серы. Поступая в организм таким путем, она плохо всасывается и трудно выводится, так как образует в желудочно-кишечном тракте мукополисахарид - хондроитинсерной кислоты, обладающий большим периодом выведения. Лучше сера проникает через кожу, где она превращается в сульфиды и сульфаты, которые затем поступают в кровь и выделяются почками.
В коже сера, в основном, находится в эпидермисе, где проявляет свои действия. Такое ее свойство широко используется в медицинской практике, где она применяется в виде мазей и физиотерапевтических процедур.
Сера является жизненно необходимым элементом, что обусловлено ее участием в энергетическом и белковом обмене. Сульфгидрильные группы являются связующими звеньями во многих органических макромолекулах.
Элементарная сера связывается со свободными сульфгидрильными группами, образуя сероводород, инактивирующий ферменты тканевого дыхания. Ферменты, принимающие участие в окислении органических сульфидов изучены мало, известно участие в этом процессе циклогексанон-монооксигеназы и цитохром Р-450-зависимой монооксигеназы.
Велика роль серы в воспалительных реакциях организма, которая выражается в угнетении всех трех стадий этого процесса за счет подавления медиаторов воспаления и снижения перекисного окисления липидов. Вместе с этим, сероорганические соединения стимулируют процессы репаративной регенерации.
Избыточные концентрации серосодержащих соединений способны вызвать ишемическую болезнь, нарушения кровообращения, заболевания всех отделов органов дыхания, а также влиять на репродуктивную функцию.
7. Симптомы избыточного и недостаточного содержания серы в организме
Нехватка серы:
Нехватка серы в организме всё же бывает, хотя клинических данных о её симптомах почему-то до сих пор нет. Зато экспериментальные данные есть, и они говорят о том, что недостаток серы может тормозить рост клеток; снижать репродуктивную функцию; способствовать развитию заболеваний печени, суставов и кожи; нарушать обменные процессы - пигментный обмен, содержание сахара в крови и т.д.
При дефиците серы начинают ломаться ногти; волосы и кожа тускнеют; суставы начинают болеть; возникает гипергликемия. Причины дефицита серы учёным тоже не до конца ясны, но одной из них может являться дисбактериоз ; питание белковой пищей, содержащей мало необходимых аминокислот, тоже может вызвать такое состояние.
Избыток серы:
Об избытке серы в организме тоже нет клинических данных. Сера, содержащаяся в продуктах питания, считается нетоксичной, но её химические соединения могут вызывать отравления, и даже со смертельным исходом - это сернистый газ, сероводород и т.д.
Вдыхание паров сероводорода быстро вызывает судороги, человек теряет сознание и перестаёт дышать. Если он остаётся жив, то может стать инвалидом - с параличами, нарушениями психики, работы лёгких и ЖКТ; либо страдает от сильных головных болей и других последствий отравления.
Специалисты считают, что избыточное поступление серы в организм в последние годы значительно увеличилось: в продукты питания добавляют сульфиты - для того, чтобы продлить срок их хранения. Больше всего их в копчёных продуктах, так любимых нашими соотечественниками; в готовых салатах, которые хозяйки покупают в супермаркетах; в пиве, которое пьют даже школьники; в окрашенных винах и уксусе; картофеле и свежих овощах - при их выращивании используются удобрения. Тяжёлых отравлений такие дозы сульфитов не вызывают, но они накапливаются в организме, и многие врачи видят здесь связь с увеличением количества больных бронхиальной астмой.
При избытке серы в организме могут проявляться: кожный зуд, сыпь и фурункулы; развивается конъюнктивит и возникают дефекты роговицы, появляется «песок в глазах», глазные яблоки ломит, текут слёзы, глаза раздражает свет; появляется малокровие, слабость, головокружение, головные боли и тошнота; развиваются заболевания верхних дыхательных путей; ослабевает слух; возникают частые расстройства пищеварения, жидкий стул, теряется масса тела; заметно понижается интеллект.
Усвоению серы в организме способствуют фтор и железо, а замедляют его - селен, молибден, свинец, барий, мышьяк.
Учёным давно понятно, что сера играет очень важную роль в организме человека, и нарушения её обмена могут довольно быстро разрушать здоровье, но результатов клинических исследований на эту тему почти нет, так что множество возникающих острых и хронических заболеваний никак не связываются медиками с нехваткой или избытком этого элемента.
При нехватке серы надо употреблять больше натурального мяса, морепродуктов, яиц, сыра, бобовых, капусты и других богатых ею продуктов, а также принимать БАД, в которых много метионина, биотина, тиамина и других серосодержащих веществ.
8. Методы и способы определения серы и ее соединений
1.Гравиметрический метод.
Метод основан на реакции взаимодействия сульфат-ионов с катионами бария, сопровождающееся образованием малорастворимого кристаллического осадка BaSO4. осадок отфильтровывают, промывают, прокаливают, взвешивают и рассчитывают в нем содержание серы или сульфат-ионов. На этом принципе основано определение свободной, пиритной и сульфидной серы в каменном угле, рудах и минералах с той лишь разницей, что серу окисляют до сульфатной серы.
Весовая форма при этом идентична форме осаждения. При обработке осадка при переведении его в весовую форму могут произойти следующие нежелательные процессы:
1.) при озолении фильтра: восстановление BaSO4 :
BaSO4 + 2С = BaS + 2СO2
Обратный переход сульфида в сульфат происходит в процессе длительного нагревания на воздухе:
BaS + 2О2 = BaSO4
2.) при прокаливании при слишком высокой температуре наблюдается термическое разложение:
BaSO4 = BaO + SO3
Для перевода BaO и BaS вновь в сульфат иногда (в исключительных случаях) их обрабатывают 2-3 каплями серной кислоты, а затем осторожно нагревают под тягой для удаления избытка серной кислоты (как только удален избыток кислоты SO3 перестает выделятся).
Условия проведения осаждения.
1. Осаждение ведут из кислого раствора при рН<2 при температуре близкой к температуре кипения.
2. Предварительно должны быть удалены мешающие анионы (SiO32-, SnO32-, WO42- и др.), выпадающие в осадок в виде соответствующих кислот (Н2SiO32-, Н2SnO32-, Н2WO42-).
3. Осаждение ведут в отсутствии катионов Fe3+, Al3+, MnO4-, Cl- и др., так как они могут выпадать в осадок вместе с BaSO4.
1. Йодометрическое титрование.
Йодометрическое определение применяется для определения серы в виде серной кислоты.
Основой йодометрического определения кислот является реакция:
IO3-- + 5I-+ 6H+ = 3I2 + 3H2O
Как видно, количество выделившегося йода равно количеству вещества водорода, вступившему в реакцию. Для определения кислоты к анализируемому раствору добавляют нейтральный раствор, содержащий KIO3 и KI. Выделившийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия:
2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6
Так как серная кислота - сильная, то метод дает очень хорошие результаты, даже при титровании разбавленных растворов (10-3 моль/л).
1.Йодиметрическое определение.
Методом йодиметрии проводят определение либо сульфид, либо сульфит-ионов. Определение сульфид-ионов проводят прямым титрованием:
H2S + I2 S +2I- + 2H+
Определение же сульфит-ионов проводят методом обратного титрования:
SO32- + I2 изб + H2O=SO42- + 2I- + 2H++ I2 ост
I2 ост + Na2S2O3 = NaI + Na2S4O6
Титрантом метода является свежеприготовленный раствор йода в иодиде калия с Сн = 0,1 н. Его готовят либо по точной навеске из предварительно очищенного сублимацией йода, либо по приближенной навеске, для чего 13 г. йода растворяют в 50 мл. KI и доводят объем в мерной колбе до 1 литра. Затем раствор стандартизуют по 0,1 н раствору тиосульфата натрия: