• 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

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.

Як відомо, близько 50 % Сульфуру потрапляє в атмосферу за рахунок її біологічних перетворень у ґрунті і воді, в яких провідну роль відіграють мікроорганізми. Причому кожний їх вид виконує певну реакцію – окиснення або відновлення. Вважають, що внаслідок цих мікробіологічних процесів Сульфур вивітрюється у вигляді сірководню.

Для колообігу атмосферного Сульфуру характерним є окиснення сірководню до оксиду сульфуру(ІV), а останнього – до сульфатів. SО₂ може бути окисненим у реакції з ОН‾ і Н₂О:

SО₂ + Н₂О ↔ Н₂SО₃.

У реакції з ОН‾ теж утво­рюється Н₂SО₃. Сульфати надходять безпосередньо в атмосферу і ра­зом з частинками морської солі в краплях морської води.

Деякими вченими пропонується альтернативна гіпотеза надходження Сульфуру в атмосферу. Вона полягає в тому, що більша частина Сульфуру, вивільненого з ґрунту, завдяки діяльності мікроорганізмів знаходиться у формі органічних сполук, таких, як диметилсульфід, диметилсульфід і метилмеркаптан.

Рослини поглинають Cульфур у вигляді розчину сульфатів, включаю­чи її в білки. Подальший розклад тварин і рослин і виділення тварин призводить до вивільнення газу SО₂ і повернення сульфатів у ґрунт або воду. У колообізі Сульфуру головну роль, як зазначено вище, відіграють два види спеціалізованих бактерій, один із яких перетворює певну частину сірководню в сульфати, а інший вивільнює сірководень із сульфатів.

На біогеоценози, особливо лісові, все більше впливає промислове забруднене повітря. Як свідчать спостереження за ростом сосен, які ростуть неподалік промислових підприємств, викиди SО₂ спочатку навіть сприяють швидшому росту молодих дерев, а згодом – через 10-15 років – з’являються ознаки сповільнення росту і дефоліації крон.

Дослідники звернули увагу, що SО₂ впливає на рослини, зокрема на процес фотосинтезу, більше, ніж будь-який інший забруднювач повітря. Історія цих досліджень сягає 1937 р., коли було повідомлено, що короткотривала фумігація високими концентраціями SО₂ зумовлює серйозне зменшення швидкості фотосинтезу люцерни. У процесі зменшення швидкості фотосинтезу люцерни пороговою виявилася доза 655 мкг/м³. Є наукові повідомлення, що оз­наки отруєння рослин Сульфуром спостерігаються при вмісті SО₂ в повітрі 0,5 мг/м³.

Оксиген – найпоширеніший елемент у земній корі, його вміст становить 47 мас. %, або 55 ат. %. Кисень – проста речовина, утворена Оксигеном, міститься в атмосферному повітрі, у зв’язаному стані Оксиген входить до складу води, кварцу, силікатів, алюмосилікатів, сполук тваринного і рослинного походження.

До складу природного Оксигену входять три стабільні нукліди ^І6О (99,76%), ¹⁷О (0,04 %) і ¹⁸О (0,2 %).

У вільному стані кисень О₂ міститься у повітрі. Крім О₂ у верхніх шарах атмосфери є проста речовина Оксигену озон О₃, максимальна концентрація якого зафіксована на висоті близько 25 км від поверхні Землі. Цей озоновий шар утворився з О₂ під дією ультрафіолетового проміння. Він має дуже важливе значення, оскільки затримує жорстке (короткохвильове) сонячне проміння, тривала дія якого смертельно небезпечна для всіх живих організмів.

Атмосферний кисень появився і його кількість постійно підтримується внаслідок унікального природного процесу зелених частин рослин – фотосинтезу. З фотосинтезу, так потрібно вважати, починається колообіг Оксигену в біосфері. З таких простих неорганічних сполук як СО₂ і Н₂О, що поглинає рослина своїм корінням і листям, при ініціації фотосинтетичної реакції світловою енергією у хлорофілових зернах утворюється складна органічна речовина – вуглевод і виділяється кисень:

Світло

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂↑.

За таким фотохімічним процесом елементарний Оксиген перетворюється в молекулярний кисень.

У воді, що міститься на гранах хлоропласта, завжди є деяка кількість йонів Гідрогену, тому що частина молекул води дисоціює:

Н₂О → Н⁺ + ОН‾.

Йон Гідрогену приєднує вибитий з молекули хлорофілу електрон і перетворюється в атом Гідрогену:

Н⁺ + е‾ → Н.

На цей процес затрачається енергія збудженого електрона. Залишившись без протийона йон гідроксилу негайно передає свій електрон іншим частинкам і перетворюється у вільний радикал ОН:

ОН‾ → е‾ + ОН.

Вільні атоми Гідрогену і радикали гідроксилу в хімічному відношенні досить активні. Атоми Гідрогену захвачуються особливими молекулами органічних речовин і переносяться в ті ділянки хлоропласта, де відбувається синтез вуглеводів.

Вільні радикали гидроксилу взаємодіють один з одним, при цьому уворюється вода і кисень, який виділяється в атмосферу:

4ОН → 2Н₂О + О_2.

У результаті всіх цих реакцій одержуєм:

2Н₂О → О₂ + 4Н.

Таким чином, кисень утворюється при фотосинтезі в результаті розкладу води під впливом світлової енергії. У результаті цієї реакції утворюються також атоми Гідрогену.

У процесі фотосинтезу на кожний атом фіксованого Карбону вивіль­няється по два атоми Оксигену. Цей, на перший погляд, простий процес значно складніший, ніж його можна вважати, виходячи з відомого рівняння фотосинтезу і дихання. У ньому визначальну роль відіграє вода, яка вступає у складні біохімічні процеси, котрі відбуваються в ході фотосинтезу. Хоч така ж кількість води виділяється в процесі дихання, молекули води, беручи участь в усіх цих процесах, не залишаються зовсім незмінними. Молекула кисню (О₂), яка утворилася в ході фотосинтезу, одержує один атом від оксиду карбону(ІV) (СО₂), а інший – від води; молекула кисню, вжита в процесі дихання, віддає один свій атом оксиду карбону(ІV), а інший – воді.

Фотосинтез – основний постачальник не тільки органічних сполук, але й кисню на Землі.

Рослинні клітини, як і всі інші клітини, постійно дихають, тобто поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Удень поряд із диханням рослинні клітини перетворюють світлову енергію в хімічну: вони синтезують органічні речовини. При цьому в якості побічного продукту реакції виділяється кисень. Кількість кисню, що виділяється рослинною клітиною в процесі фотосинтезу, в 20-30 разів більша, ніж кисню, що поглинається в одночасному процесі дихання. Удень, коли рослини і дихають і фотосинтезують, вони збагачують повітря киснем, а вночі, коли фотосинтез припиняється, вони тільки дихають, тобто поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ.

Величезна кількість атмосферного кисню витрачається не тільки на дихання, а й на спалювання органічного палива, виплавки металів, синтезу багатьох хімічних речовин тощо. Збалансування продукування кисню і його споживання – головна задача людства на сьогодення, ближнє і далеке майбутнє.

Запитання і завдання для контролю і самоконтролю знань

1. Чи властиве неметалічним елементам розміщення на початку періодів? Який виняток існує?

2. Чи властиве неметалічним елементам розміщення в кінці періодів? Який виняток існує?

3. У головних чи побічних підгрупах розміщені неметалічні елементи?

4. Чи є серед неметалічних елементів хоча б один, розміщений у побічній підгрупі?

5. Поясніть відмінність і подібність будови атомів неметалічних елементів однієї підгрупи: а) Оксигену і Сульфуру; б) Нітрогену і Фосфору; в) Карбону і Силіцію.

6. Укажіть хімічні елементи, що мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня: B, N, Ne, P, Аr.

7. Сірка вступає в реакції з воднем і киснем. Напишіть відповідні хімічні рівняння, складіть схеми окиснення і відновлення. Яку роль виконує Сульфур у кожній реакції?

8. Вуглець за високої температури реагує з водяною парою. Які речовини мають бути продуктами цієї реакції — СО і Н₂ чи СН₄ і О₂? Відповідь обґрунтуйте, наведіть відповідне хімічне рівняння.

9. Складіть рівняння реакцій хлору з калієм, цинком, алюмінієм, силіцієм, фосфором. Зважте на те, що Силіцій і Фосфор у продуктах відповідних реакцій мають найвищі ступені окиснення.

10.Які газоподібні сполуки має Нітроген?

11. У вигляді яких сполук Нітроген знаходиться в живих організмах і грунті?

12. Якими шляхами у грунті можуть утворюватися нітрити і нітрати?

13. У чому суть природної денітрифікації?

14. Яка роль кисню для живих організмів?

15. Які прості речовини і газоподібні сполуки має Карбон?

16. У вигляді яких сполук Нітроген знаходиться в живих організмах?

17. Складіть рівняння процесу фотосинтезу.

18. Яка роль фотосинтезу в біохімічному колообігу Карбону?

19. Які мінерали, до складу яких входить Фосфор, найбільш поширені в природі?

20. Які газоподібні сполуки має Фосфор?

21. У вигляді яких сполук Фосфор знаходиться в живих організмах?

22. Які газоподібні сполуки має Сульфур?

Лекція 5.4. ЕЛЕМЕНТИ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

План

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: 2509