Група діючих речовин Ванадій

Ванадій-хімічний елемент, що відноситься до розсіяних. У вільному вигляді не зустрічається. Сполуки ванадію широко поширені в природі, але розпорошені і не утворюють значних скупчень. Елемент відіграє важливу роль в житті рослин, входить до складу різних комплексних добрив.

Першовідкривачем ванадію є Андрес Мануель дель Ріо, в 1801 році при вивченні зразка свинцевої руди він знайшов домішка невідомого елемента. Правда, дещо пізніше вчений подумав, що виявлений ним еритроній (цей елемент міг би називатися так, якби не помилковий висновок геолога) насправді є сумішшю хрому і заліза. Майже тридцятьма роками пізніше шведський хімік н. Г. Сефстрем виділив з відходів виробництва заліза червонувату субстанцію, ставши фактичним першовідкривачем елемента, названого ним на честь Ванадис, богині краси з скандинавської міфології... Варто відзначити, пан дель Ріо так і не дізнався, що міг би назавжди увійти в історію хімії: лише через 20 років після його смерті англієць Генрі Енфілд Роско встановив, що ванадій і эритрон повністю ідентичні один одному.

Фізичні та хімічні властивості

Ванадій (Vanadium) V – хімічний елемент побічної підгрупи V групи періодичної системи Менделєєва. Атомний номер – 23, атомна маса – 50,94. Природний ванадій складається зі стабільного ізотопу 51V (99,76 %) і слабо радіоактивного 5V (T½1014 років), %.

Чистий ванадій – ковкий метал сріблястого кольору, щільність 5,96 г/см3. Температура плавлення – 1900 °C. Механічні властивості ванадію різко погіршуються при наявності в ньому домішок азоту, кисню або водню.

Ванадій хімічно стійкий в морській, прісній воді і в розчинах лугів. Розчинний у плавиковій кислоті, концентрованих сірчаної та азотної кислотах, а також в царській горілці.

Ванадій не взаємодіє з розчинами лугів, але в присутності повітря в розплавах лугів окислюється з утворенням ванадатів. Кисень розчиняється в ванадії, при цьому розчинність збільшується з підвищенням температури.

Сполуки ванадію токсичні, вражають органи дихання, травлення, системи кровообігу, нервову систему, можуть викликати запальні та алергічні захворювання шкірних покривів.

Геохімічні властивості ванадію сильно залежать від ступеня його окислення (+2, +3, +4, +5), а також кислотності середовища. Цей елемент здатний утворювати різні комплекси з катіонними і аніонними оксидами і гідроксидами.

На малюнку  Кристали ванадію

Зміст в природі

В земній корі міститься 1,9 х 10-7 % ванадію, в золі рослин – 6,1х10-3%, у воді океанів – 3х10-7 %. Він відноситься до розсіяних елементів і у вільному вигляді в природі не зустрічається.

Ванадій виявляється практично у всіх головних типах порід, але найбільші його концентрації знаходяться в основних породах і сланцях (100-250 мг/кг). Зазвичай цей елемент не утворює власних мінералів, але зрідка заміщує в кристалічній решітці інші метали, такі, як залізо, алюміній, титан.

Рухливість елемента при вивітрюванні гірських порід залежить від характеру первинних мінералів. Ванадій знаходиться або залишкових породоутворюючих мінералах, або вводиться або адсорбується в мінеральних структурах глин або оксидів заліза. Є вказівки на високий зв'язок ванадію з марганцем і вмістом калію в грунтах. Ванадій схильний до асоціацій з органічною речовиною, у зв'язку з цим, його вміст у сланцях і биолитах, як правило, підвищена. Найчастіше високі концентрації даного елемента виявляються в вугіллі і нафти.

Деякі види рослин мають здатність концентрувати ванадій. У деяких биофитах і нижчих грибах з районів рудної мінералізації вміст ванадію становить до 180 мг/кг сухої маси.

Зміст ванадію в різних типах грунтів

Розподіл ванадію по ґрунтовому профілю однорідно, деякі варіації є причиною різного змісту даного елемента в материнських породах. Найвищі концентрації ванадію (150-460 мг / кг) характерні для грунтів, розвинених на основних породах.

Грунти на покривних суглинках більш багаті ванадієм, ніж грунти, утворені на Морені. Найбідніші-ґрунти, що розвинулися на пісках.

Підзолисті грунти. Верхні горизонти дещо збіднені ванадієм в результаті вилуговування високої інтенсивності. В перегнійному горизонті цілинних дерново-підзолистих грунтів під змішаним ялиново-березовим лісом виявлено від 40 до 100 мг ванадію на 1 кг грунту.

Торф'янисті грунти відрізняються найнижчим вмістом ванадію (5-22 мг / кг).

Суглинні, піщані, ферралітні грунти містять підвищену кількість ванадію. Його концентрація перевершує зміст в материнській породі.

Поверхнево-заболочені дерново-підзолисті і торф'янисто-болотні грунти на вододілі характеризуються більш низьким вмістом даного елемента, ніж звичайні дерново-підзолисті грунти.

Чорноземи містять від 67 до 113 мг/кг елемента. Розподіл по грунтових горизонтів досить рівномірний.

Каштанові грунти містять від 35 до 91 мг / кг ванадію. Вміст елемента зменшується в міру зниження концентрації гумусу в грунті. У солонцюватих горизонтах спостерігається деяке накопичення металу.

Засолені грунти  характеризуються підвищеним вмістом ванадію в гумусовом обрії.

Сіро-бурі ґрунти Устюрта – підвищений вміст ванадію у верхньому горизонті.

Роль в рослині

Біохімічні функції

Важливість ванадію для вищих рослин – цілком доведений факт. Крім того, безсумнівна незамінність цього елемента і для зелених водоростей, оскільки він є стимулятором процесу фотосинтезу в цих організмах.

Ванадій є каталізатором у процесі фіксації молекулярного азоту, а в якості переносника N2 він частково заміщає молібден.

Ванадій позитивно впливає на активність каталази і нітратредуктази, збільшує інтенсивність процесів фотосинтезу і дихання, сприяє підвищенню вмісту в листі хлорофілу і білка.

Розчинний ванадій легко поглинається кореневою системою рослин. Як зазначалося раніше, деякі види здатні активно концентрувати даний метал. Встановлено, що коріння ячменю пасивно адсорбують ванадій. При цьому, інтенсивність поглинання прямо пропорційна ступеню концентрації металу в розчині і сильно залежить від кислотності середовища. Тобто активне поглинання ванадію спостерігається в кислому середовищі, для якої характерні форми VO2+. Однак як аніонні, так і катіонні форми металу утворюють хелати. Це істотно полегшує поглинання ванадію рослинами.

При поглинанні рослинами ванадату VO3 відбувається біотрансформація його в VO2+.

Цей процес має дуже велике значення, оскільки саме V5+ – потенційний інгібітор деяких ферментів, тоді як до V4+ вони залишаються байдужими.

Природно, що в рослинах ванадій міститься як у відновленій чотирьохвалентної формі, так і в пятивалентной. Основна частина четырехвалентна.

Середня концентрація ванадію в сухому речовині вищих рослин – 1,0 мг/кг Вміст цього металу в золі більшості овочів варіює від 5 до 50 мг/кг

Дані про вміст ванадію в рослинах можуть відрізнятися. Це пов'язано як з труднощами аналізу, так і з впливом забруднення.

Рослини-бріофіти дуже чутливі до атмосферних джерел ванадію і здатні накопичувати його під впливом техногенного забруднення.

Недолік (дефіцит) ванадію

Випадків дефіциту ванадію у рослин відзначено не було. Однак передбачається, що ванадій необхідний в рослинах в незначних кількостях, не більше 2 мкг/кг сухої маси.

Надлишок ванадію

Дані про токсичність ванадію в природних умовах відсутні. Однак при лабораторних дослідженнях було встановлено, що у деяких рослин при надлишку даного металу в тканинах (близько 2 мг/кг сухої маси) відзначається фітотоксична дія. Воно виражається в хлорозі листових пластинок і уповільненні росту рослин.

При цьому уповільнення росту квасолі без прояву хлорозу відзначалося тільки при концентрації ванадію 13,8 і 880 мг / кг сухої маси.

Зміст в різних з'єднаннях

Як зазначалося раніше, ванадій у вільному вигляді в природі не зустрічається. Найважливішими мінералами, що містять цей метал, є патронит, ванадинит, деклуазит, моттрамит, тюямунит, карнотит і роскоэлит.

У деяких видах магнетитових, титаномагнетитовых і осадових залізних рудах і ванадийсодержащих фосфоритах вміст оксиду ванадію досягає 2,5–3,0 %. Він присутній у окислених мідно-свинцево-цинкових рудах (у вигляді мінералів), високосірчистих нефтях (до 300 г на 1 тонну), бітумінозних сланцях і асфальтитах.

Основне джерело отримання ванадію – ванадийсодержащие залізні руди.

З добрив найбагатшим сполуками ванадію вважається томасшлак. У ньому міститься 0,5–0,6 % металу.

Способи застосування добрив з вмістом ванадію

Дані про застосування ванадієвих добрив і впливу елемента на рослини нечисленні, однак багато дослідників вказують на позитивний ефект при застосуванні даних добрив.

Метаванадат натрію вносять в грунт в невеликих дозах.

Ванадат амонію застосовується при передпосівній обробці насіння, внесення в грунт.

Ефект від застосування ванадійвмістних добрив

У дослідженнях впливу ванадію на розвиток рослин і їх продуктивність встановлена наступна закономірність. Малі дози цього елемента діють на рослини сприятливо, великі – різко негативно. Відзначалося негативну дію ванадію на деякі культури, особливо при високих дозах.

Проведені вегетаційні досліди з ячменем в піщаних і водних культурах показали, що ванадій, внесений у формі аніона, а саме метаванадат, діє на рослини більш сприятливо, ніж при внесенні його у формі катіону.

Наявні дані про ефективність ванадийсодержащих добрив нечисленні. Але в основному відзначається позитивний вплив ванадію на стан цілого ряду культур, а саме збільшення врожайності та поліпшення їх якості.

Горох. Внесення ванадію в умовах дерново-підзолистих грунтів в дозі 1 кг/га підвищило урожай зерна, зеленої маси. Передпосівна обробка насіння ванадатом амонію також збільшує урожай зерна і зеленої маси. У зернах і зеленій масі гороху збільшився вміст білка, зростає вміст вітаміну С.

Льон. Внесення в грунт (1 кг/га) підвищило врожайність насіння і волокон. Така ж дія зробила і передпосівна обробка насіння. Крім того, збільшилася фортеця, товщина і розрахункова добротність пряжі, підвищився відсоток вмісту масла в насінні.

Люцерна. Ванадій позитивно вплинув на урожай люцерни. Значно збільшився збір сирого протеїну.

Гірчиця. Малі дози ванадію діють на врожайність позитивно, великі – негативно.

Вівса. Малі дози ванадію діють на врожайність позитивно, великі – негативно.

Пшениця, кукурудза (на пісках). Встановлено невеликий позитивний вплив малих доз ванадію.

Бобові культури. При внесенні ванадію спостерігається поліпшення зростання.

Червона конюшина на дерново-підзолистому грунті. Встановлено позитивну дію ванадію на підвищення врожайності конюшини як на невідомому, так і на вапняному ґрунті. Внесення ванадію на дерново-підзолистому суглинку позитивного ефекту на розвиток червоної конюшини не зробило.