§ 6. Поширення металічних елементів у живій і неживій природі, їх різноманітність

У вільному стані в природі зустрічаються тільки неактивні метали. Так у вигляді самородків зустрічаються золото й платина, іноді – срібло й мідь. Добування цих металів пов’язане лише з механічним відокремленням їх від домішок. Більшість металічних елементів легко окиснюються й існують в природі тільки у сполуках: оксидах (Fe₃O₄, Cr₂O₃), сульфідах (FeS₂, ZnS), солях (NaCl, CaCO₃). Саме з таких природних сполук і добувають метали шляхом їх хімічної переробки.

Природні мінеральні сполуки, з яких економічно доцільно видобувати метал у виробничих умовах називають рудами. Найважливішими рудами є оксиди, сульфіди і карбонати металічних елементів. Першим етапом переробки руд є видалення пустої породи — збагачення руди. Добування металів із руд ґрунтується на їх відновленні різними способами.

Найважливіший спосіб одержання металів із руд — відновлення оксидів відповідних металічних елементів вугіллям (коксом) при нагріванні:

SnO₂ + C = Sn + CO₂.

Досить часто оксидні руди відновлюють карбон(ІІ) оксидом, а інколи — воднем:

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O.

Сульфідні руди спочатку випалюють, а потім відновлюють одержаний оксид:

2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂

PbO + C = Pb + CO.

Важливим методом добування металів є відновлення менш активних металів активнішими металами і деякими неметалами при нагріванні. Відновлення алюмінієм називають алюмінотермією, відновлення магнієм — магнієтермією, силіцієм — силікотермією:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃.

Із 92 хімічних елементів, що трапляються в природі, 81 виявлений в організмі людини. 12 елементів називають структурними, оскільки вони становлять 99 % елементного складу людського організму (C, O, Н, N, Ca, Mg, Na, K, S, P, F, Cl). Хімічний склад живих клітин більш ніж на 90% представлений усього 4 елементами – вуглецем, воднем, киснем і азотом. Ще більше, 9% ваги тіла представлено макроелементами, які перебувають у достатній кількості у воді первинного океану, де зародилося життя: натрій, калій, кальцій, магній, сірка, хлор і фосфор. Метали цієї групи слабо зв'язуються з негативно зарядженими лігандами і існують у вигляді катіонів, що відносно легко проникають через клітинні мембрани. Їх клітини використовують для створення електричних біопотенціалів і біострумів, а також як «спускові гачки», що опосередковують передачу сигналів. Мікроелементами (МЕ) називають елементи, наявні в організмі людини в дуже малих слідових кількостях (англ. - ―trace elements‖). Це в першу чергу 15 есенціальних (життєво необхідних, від англ. ―essential‖) - Fe, J, Cu, Zn, Co, Cr, Мо, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, а також умовно-есенціальні - B, Br. Елементи Cd, Pb, Al, Rb є серйозними кандидатами на есенціальність.

В живих організмах мікроелементи були знайдені ще в XIX сторіччі, але їх роль в організмі залишалась невідомою. Велику роль у вивченні впливу мікроелементів на життєдіяльність зробив В. І. Вернадський. Згідно з сучасними дослідженнями близько 30 мікроелементів є життєво-необхідними для рослин та тварин. Більшість з них — метали (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co тощо), а також неметали (I, Se, Br, F, As). Позначенню для організму мікроелементи поділяють на безумовно необхідні (Co, Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Br), умовно необхідні (Al, Sr, Mo, Se, Ni). Значення та локалізація у органах деяких елементів невідомі (Sc, Zr, Nb, Au, La тощо).

В організмі мікроелементи входять до складу різних біологічно-активних речовин: ферментів (Zn — до карбоангідрази, Cu — в поліфенілоксидазу, Mn — в аргіназу, Mo — в ксантиноксидазу; всього відомо близько 200 металоферментів), вітамінів (Со — до складу вітаміну B12), гормонів (I — до тироксину, Zn и Со — до інсуліну), дихальних пігментів (Fe — до гемоглобіну та інші залізовмісні, Cu — до гемоціаніну). Дія мікроелементів, що входять до складу перерахованих речовин, полягає в зміні інтенсивності тих чи інших процесів життєдіяльності. Деякі впливають на ріст (Mn, Zn, I — у тварин; В, Mn, Zn, Cu — у рослин), розмноження (Mn, Zn — у тварин; Mn, Cu, Mo — у рослин), кровотворення (Fe, Cu, Со) тощо.