• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Характеристика й екологічна значимість окремих представників неметалічних елементів і їх сполук

Нітроген. У природі більшість Нітрогену трапляється у вільному стані, у вигляді простої речовини азоту.

Природний Нітроген складається з двох стабільних нуклідів: ¹⁴К (99,635 %) і ¹⁵К (0,365 %). Масова частка Нітрогену у земній корі становить 0,04 %. Основна його маса зосереджена в атмосфері: об’ємна частка азоту в повітрі становить 78,03 %.

Нітроген – необхідний елемент для життєдіяльності тваринного і рослинного світу. Помітна кількість Нітрогену входить до складу органічних речо­вин – білків, нуклеїнових кислот, вітамінів, алкалоїдів тощо.

Найпоширенішим мінералом, що містить у своєму складі Нітроген, є чилійська селітра NaNО₃, багаті поклади якої виявлено у Чилі. Рідше трапляється калійна селітра КNО₃.

Нітроген, який є уособленням білкового життя у біосфері, в основному зосереджений в атмосфері. Тобто на 1 га поверхні Землі припадає товща повітря з приблизно 80 тис. т азоту. Проте в такому вигляді він недоступний рослинам. Тільки завдяки діяльності певних мікроорганізмів Нітроген з повітря надходить до грунту.

Нітроген у вигляді газоподібних сполук (N₂, NН₃, N₂О, NО, NО₂) знаходиться в повітрі, в живих організмах переважно у вигляді білків, нуклеїнових кислот, ферментів; у грунті – у вигляді солей амонію, нітратів і нітритів; тут завдяки численним мікроорганізмам – азотфіксаторам, нітрифікаторам, денітрифікаторам відбуваються найрізноманітніші біохімічні процеси. У біосфері фіксація азоту з повітря відбувається переважно біологічним шляхом і лише незначна кількість (менш як 35 мг/м³) – у результаті процесів в атмосфері (електричні розряди та фотохімічні процеси).

Нітроген вступає в колообіг виключно через кореневу систему у вигляді нітратів чи солей амонію або за допомогою симбіотичного зв’язку через бактерії, гриби, синьозелені водорості, здатні фіксувати атмосферний азот.

Існує і промислова фіксація азоту: одержання амоніаку і подальше його використання для добування нітратної кислоти та її солей за реакціями:

Р, t^o

N₂ + 3Н₂ → 2NН₃;

Каталізатор

4NН₃ + 5О₂ → 4NО + 6Н₂О;

Каталізатор

4NО + 3О₂ + 2Н₂О → 4НNО₃;

НNО₃ + NН₄ОН → NН₄NО₃ + Н₂О.

Органічні сполуки, що містять Нітроген, при розщепленні в організмі виділяються у вигляді амоніаку чи солей амонію в природне середовище. У природі поклади КNО₃ (чилійської селітри) є лише в Чилі, де практично не буває дощів.

У природі відбувається безперервний колообіг Нітрогену. Внаслідок гниття органічних речовин значна частина Нітрогену, що входить до їх складу, перетворюється на амоніак. Під впливом нітрифікуючих бактерій, що містяться в ґрунті, амоніак окиснюється до нітратної кислоти, яка, реагуючи з карбонатами грунту, утворює нітрати.

Проте не весь Нітроген, що входить до складу рослин, які загинули, надходить знову у ґрунт. У процесі гниття деяка частина Нітрогену завжди виділяється у вільному стані у вигляді азоту. Завдяки діяльності денітрифікуючих бактерій, які в разі недостатнього доступу повітря здатні відбирати Оксиген у нітратів, які внаслідок цього руйнуються, вільний азот виділяється в атмосферу. Вільний азот може також виділятися під час згоряння органічних речовин, спалювання кам’яного вугілля, дров, торфу. Електричні розряди призводять до утворення в атмосфері певної кількості оксидів нітрогену (ІІ), який, окиснюючись до оксиду нітрогену(ІV). Оксиди нітрогену утворюють з водою нітратну і нітритну кислоти:

N₂ + О₂ → 2NО, 2NО + О₂ → 2NО₂, 2NО₂ + Н₂О → НNО₂ + НNО₃.

Ці кислоти разом із атмосферними опадами потрапляють у грунт. НNО₃ у грунті перетворюється на нітрати, а НNО₂ – нітрити. Джерелом поповнення запасу нітрогеновмісних сполук у ґрунті є життєдіяльність азотобактерій, які здатні засвоювати атмосферний азот. Ці бактерії інакше називаються бульбочковими, оскільки часто поселяються на коренях рослин родини бобових у вигляді бульбочок. Переробляючи азот на нітрогеновмісні сполуки, ці бактерії забезпечують можливість засвоєння його рослинами, де він перетворюється на білок та інші речовини.

Проте у грунт необхідно вносити добрива для поповнення запасу найважливіших елементів живлення рослин, зокрема Нітроген, оскільки щороку з полів з урожаєм виноситься величезна кількість білків.

У тваринних організмів виведення надлишків Нітрогену відбувається шляхом відщеплення амінів (NН₂-) від органічних сполук і виділення їх у зовнішнє середовище у вигляді амоніаку NН₃ або сечовини СО(NН₂)₂. До речі, ґрунтові мікроорганізми легко перетворюють сечовину на амоніак шляхом гідролізу:

СО(NН₂)₂ + Н₂О → 2NН₃ + СО₂.

У кислих ґрунтах процес вивільнення азоту відбувається не з участю бактерій, а як реакція між нітратною кислотою і сечовиною:

2НNО₃ + СО(NН₂)₂ → СО₂ + ЗН₂О + 2N₂.

Збільшення родючості земель безпосередньо пов’язане з необхідністю фіксації в ґрунті Нітрогену. Для цього використовуються різні шляхи. У цьомунапрямку грандіозну роботу виконують мікроорганізми.

Надмірне використання азотних добрив у сільському господарстві сприяє забрудненню нітратами та нітритами як води, так і рослинних продуктів харчування. Особливо високий рівень нагромадження цих токсикантів у рослинах закритого ґрунту, де має місце неконтрольоване внесення добрив у ґрунт.

За даними ВООЗ, за останні 50 років зареєстровано більше 2000 випадків харчового отруєння нітратами у дітей, із них 160 закінчились летально. Особливо небезпечним це отруєння є для вагітних жінок та дітей раннього віку з їх незрілою системою детоксикації.

Карбону природі перебуває як у вільному стані, так і у вигляді різних сполук. Вміст Карбону у земній корі становить 0,14 %. У вільному стані Карбон існує у вигляді графіту й алмазу. Основна маса Карбону входить до складу карбонатів (СаСО₃, МgСО₃), нафти, кам’яного та бурого вугілля, сланців, природного газу. Карбон є складовою частиною тканини усіх живих організмів. Вміст СО₂ в атмосфері невеликий (~0,03 %), але його загальна маса становить близько 600 млн т.

Карбон – основний елемент тваринного і рослинного світу. Внаслідок життєдіяльності організмів людей і тварин карбоновмісні сполуки, що беруть участь у процесах обміну, окиснюються і частково виводяться назовні у вигляді оксиду карбону(ІV) (вуглекислого газу), сечовини та інших продуктів. Після відмирання живих організмів складні органічні речовини, розкладаючись, перетворюють­ся на вуглекислий газ, воду та деякі інші сполуки. Отже, Карбон у природі здійснює колообіг: з атмосфери і води потрапляє у живі організми, а з них знову в атмосферу.

Карбон у природі існує у вигляді двох стабільних нуклідів: ^І2С (98,89 %) і ¹³С(1,11 %).

Карбон входить до складу всіх органічних речовин, а тому його колообіг найбільш поширений у природі.

Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу атмосфери, вміст якого дорівнює лише 0,03-0,04 %. В атмосфері міститься оксид карбону(IV) (СО₂), оксид карбону(II) (СО), як малі компоненти – вуглеводні, зокрема метан (СН₄), та інші органічні сполуки.

Якби вуглекислий газ не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 4-35 років. У найближчі 50-60 років завдяки зростанню спалювання горючих речовин вміст СО₂ в атмосфері подвоїться. Такі швидкі зміни вмісту оксиду карбону(IV) в атмосфері, внаслідок якого відбувається так званий парниковий ефект (нагрівання атмосфери інфрачервоним промінням завдяки вмісту в ній СО₂), може призвести до перегрівання географічної оболонки. Частина СО₂ утворюється при виверженні вулканів і надхо­дить зі збагачених ним водних джерел. Головний споживач СО₂ – фотосинтетичний апарат рослин.

Попадаючи в клітину зеленого листя оксид карбону(IV) приєднується до акцептора (вуглевод рибулезодифосфат), з яким продовжує подальший рух і перетворення. Завдяки ферменту альдолази утворюється простий цукор – глюкоза, а з нього – цукроза і крохмаль. Частина синтезованої речовини в цьому процесі переходить знову в акцептор – так утворюється саморегульований циклічний процес. Далі з участю інших ферментів цукри перетворюються у білки, жири та інші органічні речовини, потрібні для життя рослини.

Основна реакція фотосинтезу має такий вигляд:

світло

6СО₂ + 6Н₂О + ——→ С₆Н₁₂О₆ + 6О₂,

Хлорофіл

або в розрахунку на моль СО₂:

світло

СО₂ + Н₂О + ——→ СН₂О + О₂.

хлорофіл

За рік рослини суші і океану засвоюють майже 5∙10¹⁰ т Карбону (вбирають, за різними авторами, 1,7-2,0∙10¹¹ т СО₂), розкладають 1,3∙10¹¹ т води, виділяють 1,2∙10¹¹ т кисню і запасають 4∙10¹⁷ ккал сонячної енергії у вигляді хімічної енергії продуктів фотосинтезу, що в 100 разів перевищує виробництво енергії всіма електростанціями світу.

Карбон – основний хімічний елемент живої речовини, оскільки входить до складу білків, жирів, вуглеводів та інших речовин. При окисненні в процесі метаболізму органічних сполук утворюється оксид карбону(IV), що підтримує в крові сталу кислотність (карбонатна буферна система):

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃;

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃‾;

НСО₃‾ ↔ Н⁺ + СО₃^2‾.

Сполуки карбону (у вигляді горючих корисних копалин і карбонатів, а також алотропних форм – алмазу і графіту) знаходяться в літосфері.

Сполуки карбону в грунті – це переважно органічні речовини – рештки організмів, продукти їх метаболізму та СО₂, що виділяється під час дихання організмів і розкладання органічних речовин в аеробних умовах. Оксид карбону (IV) рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних сполук.

У воді – карбонати і гідрогенкарбонати переважно кальцію і магнію, розчинений СО₂, на дні – карбонатні мули, утворені хімічним шляхом чи внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з карбонату кальцію.

У гідросфері колообіг СО₂ значно складніший, ніж на суші. Вирішальну роль тут відіграє Світовий океан, який акумулює винесений ріками із суші Карбон у формі карбонатних і органічних сполук. Повернення Карбону із океану чи суші відбувається з великим дефіцитом, головним чином, повітряними потоками у вигляді СО₂. Наявність оксиду карбону(IV) у гідросфері залежить від надходження кисню у верхні шари як із атмосфери, так із нижчих шарів води. У загальному виразі річний колообіг маси Карбону у Світовому океані майже удвічі менший, ніж на суші.

Багато Карбону вилучається з біологічного колообігу речовин і потрапляє в океан переважно у вигляді карбонатних солей. Ці солі, особливо СаСО₃, витрачаються на побудову панцирів тварин, дуже багато їх і в морській воді. Якщо в атмосфері підвищується вміст СО₂, частина його розчиняється у воді, вступає в реакцію з карбонатом кальцію, утворюючи розчинний у воді гідрогенкарбонат кальцію Са(НСО₃)₂. І навпаки, при зниженні вмісту оксиду карбону(IV) в атмосфері гідрогенкарбонати, що завжди містяться у морській воді, перетворюються у карбонати кальцію, які випадають з розчину, використовуються організмами для побудови скелетів або панцирів, осідають на морське дно. Реакція має такий вигляд:

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃ + Н₂О + СО₂.

Людська діяльність значно впливає на колообіг цього біофільного хімічного еле­мента. Сполуки Карбону у вигляді оксидів потрапляють в атмосферу при спалюванні горючих корисних копалин, що їх запасли біосфери; вуглеводні – під час нафто­видобутку та нафтопереробки; численні органічні сполуки утворюються в процесах органічного синтезу.

Фосфордосить поширений елемент: вміст його в земній корі становить 0,04 %. У вільному стані Фосфор у природі не трапляється. Основними мінералами Фосфору є фосфорит Са₃(РО₄)₂ та апатит, що містить крім Са₃(РО₄)₂ ще й СаF₂ і СаСl₂. Великі поклади фосфориту є в Південному Казахстані, апатиту – на Кольському півострові, Забайкаллі та в Україні.

Фосфор має тільки один природний нуклід ^З1Р. Фосфор є компонентом білків, входить до складу кісток, речовини мозку.

Велика кількість Фосфору міститься в кістках хребетних тварин в основному у вигляді сполук 3Са₃(РО₄)₂ ∙ Са(ОН)₂ та 3Са₃(РО₄)₂ ∙ СаСО₃ ∙ Н₂О.

Фосфор – необхідний елемент і для життєдіяльності рослин.

У вигляді кислотного залишку фосфатної кислоти Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, які є в усіх живих організмах. Нуклеїнові кислоти беруть участь у передаванні спадкових ознак живої клітини.

Фосфор потрапляє до рослин з грунту, а в організми людини і тварин надходить під час споживання рослинної їжі. Виділяючись з організмів людини і тварин, Фосфор знову потрапляє в гунт, але вже в більш мінералізованому вигляді. В організмі людини міститься близько 1,5 кг фосфору.

Первинним джерелом Фосфору є фосфорні сполуки (мінерали), які знаходяться в материнській породі. Внаслідок повільного вивітрювання цих мінералів (апатиту Са₅Х(РО₄)₃, де X – F‾, Сl‾, ОН‾ і фосфориту Са₃(РО₄)₂) наступає вивільнення Фосфору і утворення в грунтах різних фосфорних сполук, які внаслідок ерозійних процесів виносяться водотоками в моря, забезпечуючи розвиток їхнього фітопланктону. Частина Фосфору, яка міститься в морській воді, може знову повернутися на сушу у вигляді гуано – посліду птахів, що спостерігається, наприклад, на побережжі Перу. У грунтах Фосфор входить і до складу решток мертвих організмів та їхніх екскрементів.

Особливістю колообігу Фосфору є те, що він має лише одну газоподібну сполуку – фосфін РН₃, який утворюється під час гниття органічних решток. Більшість фосфатів не розчинні у воді.

Для підвищення родючості грунтів на поля вносять добрива, зокрема й фосфорні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофікацію водойм (підвищення біологічної продуктивності екосистеми внаслідок нагромадження біогенних елементів, головним чином Нітрогену і Фосфору). Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток живих організмів і фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин. Кислотні дощі прискорюють міграцію Фосфору завдяки розчиненню фосфатів.

Фосфор належить до головних органогенних елементів, який живі організми вживають у достатньо великій кількості (приблизно 0,1 необхідної кількості Нітрогену). Він входить до складу нуклеїнових кислот, складних білків, клітинних мембран, кісткової тканини і дентину, є ос­новою біоенергетичних процесів.

У наземних біогеоценозах відбувається активний колообіг Фосфо­ру в системі ґрунт → рослина → тварина → ґрунт. Рослини асимілюють Фосфор у вигляді фосфат-іона (РО₄³‾) безпосередньо з ґрунту і води. Утворені лишки органічного Фосфору, одержаного з їжею, виносяться з організму із сечовиною у вигляді фосфатів. Одночасно деякі групи бактерій перетворюють наявний у детриті Фосфор у фосфат. Як бачимо, в колообігу Фосфору в біогеоценозі беруть участь лише ґрунт і вода.

У зв’язку з тим що мінеральні сполуки фосфору розчиняються дуже швидко, а тому майже недоступні рослинам, останні використовують легкодоступні форми фосфору, які утворюються із органічних решток рослин і тварин. На доступність Фосфору для рослин впливає чимало факторів середовища. Наприклад, у лужному середовищі фосфат-іони легко з’єднуються з натрієм або кальцієм, утворюючи нерозчинні сполуки. У кислому ж середовищі фосфат перетворюється в добре розчин­ну фосфорну кислоту.

Діяльність людини спричинює посилення втрат фосфору, що знижує досконалість його обігу в біосфері. Виловлення риби повертає щоразу на сушу 600 тис. т елементарного Фосфору, що мало б до деякої міри компенсувати його втрати внаслідок виносів у ріки і річки. Однак постає питання, як компенсувати його щорічний видобуток, який стано­вить 1-2 млн т (більша частина цього фосфору вимивається). Нам доведеться серйозно зайнятися поверненням Фосфору в колообіг, якщо ми не хочемо загинути з голоду... Сьогодні ведуться експертизи з орошенням наземної рослинності стічними вода­ми, замість того щоб прямо скидати їх у водні шляхи.

Незважаючи на те що фосфор не відіграє такої важливої ролі у життєдіяльності рослин і тварин, як це характерне для Карбону чи Нітрогену, його геохімічний цикл включає в себе різноманітні шляхи міграції в земній корі, інтенсивний біологічний колообіг і міграцію в біосфері.

Основою колообігу, що відбувається у межах суша – Світовий океан, є винесення фосфатів з річним стоком, взаємодія їх з кальцієм, утворен­ня фосфоритів, поклади яких з часом виходять на поверхню і знову включаються в міграційні процеси.

Сульфур.Вміст Сульфуру в земній корі становить 5 ∙ 10‾² мас. %; в океанах його міститься 9 ∙ 10‾²⁰ %. У літосфері Сульфур трапляється у вільному стані (самородна сірка). До найважливіших природних сполук Сульфуру належать розчинні сульфати: мірабіліт, або глауберова сіль, Nа₂SО₄ ∙ 10Н₂О; гіпс – СаSО₄ ∙ 2Н₂О; ангідрит – СаSО₄; малорозчинні сульфіди і полісульфіди – цинкова обманка ZnS, мідний блиск Сu₂S, кіновар НgS, свинцевий блиск, або галеніт, РbS, залізний колчедан, або пірит, FеS₂, реальгар Аg₂S, тощо. Великі кількості сульфатів перебувають у розчиненому стані в природних водах. Сульфур входить до складу білкових речовин. Виявлено Сульфур також в метеоритах у вигляді сульфіду феруму.

Широке використання людиною сірки і сполук Сульфуру зумовлює інтенсивне вилучення їх із природи. Найлегше добувати просту речовину Сульфуру – сірку з підземних покладів шахтним способом або виплавляти її з породи під дією гарячої водяної пари. Поклади самородної сірки є в Туркменистані, Узбекистані, Україні, Росії, у Мексиці, США, Японії, Італії.

Сірку добувають також із газів, що містять Н₂S і SО₂ (природний, коксовий гази, гази, що утворюються під час випалювання сульфідних руд, тощо).

Важливим джерелом добування сірки є залізний колчедан, або пірит, FеS₂.

Під час нагрівання піриту без доступу повітря відбувається реакція розкладу:

FеS₂ → FеS + S.

Хімічний елемент Сульфур має газоподібні сполуки: сірководень Н₂S та оксиди сульфуру(IV) SО₂ і (VI) SО₃. Більшість сульфатів розчинні у воді, тоді як сульфіди (крім лужних металів і амонію) малорозчинні. Сульфур у складі органічних сполук міститься в живих організмах, горючих корисних копалинах. У грунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати й сірку і навпаки. Під час гниття органічних решток виділяється токсичний сірководень, що отруює водяні організми; з іншого боку, Н₂S може осаджувати катіони важких металів у вигляді малорозчинних сульфідів, сприяючи самоочищенню водойм.

Великі кількості оксидів сульфуру утворюються при спалюванні сміття, добуванні металів із сульфідів, у виробництві та використанні сульфатної кислоти (Н₂SО₄).

Значні кількості сульфат-іонів (SО₄²‾) містяться в природних водах, особливо мінералі­зованих; деякі мінеральні води збагачені сірководнем. Сірководневі зони існують і в морях та океанах – це мертві зони, хоча сірководень є джерелом енергії для хемосинтезуючих організмів.

Геохімічний цикл Сульфуру відзначається різноманітністю процесів, передусім тих, які відбуваються в ґрунті та відкладах, де сконцентрований досить великий резервний фонд, меншою мірою – в атмосфері.

Читайте також:

1. I визначення впливу окремих факторів
2. I. Загальна характеристика політичної та правової думки античної Греції.
3. II. ВИРОБНИЧА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕСІЇ
4. II. За зміною ступенів окиснення елементів, які входять до складу реагуючих речовин
5. II. Морфофункціональна характеристика відділів головного мозку
6. VIII. Реакції, в результаті яких утворюються високомолекулярні сполуки
7. А. Структурно-функціональна класифікація нирок залежно від ступеню злиття окремих нирочок у компактний орган.
8. Аварії на хімічно-небезпечних об’єктах та характеристика зон хімічного зараження.
9. Автобіографія. Резюме. Характеристика. Рекомендаційний лист
10. Автокореляційна характеристика системи
11. АДАПТОВАНА ДО РИНКУ СИСТЕМА ФОРМУВАННЯ (НАБОРУ) ОКРЕМИХ КАТЕГОРІЙ ПЕРСОНАЛУ. ВІДБІР ТА НАЙМАННЯ НА РОБОТУ ПРАЦІВНИКІВ ФІРМИ
12. Азоновмістні органічні сполуки.

Переглядів: 2425