Οξείδωση ανόργανων ενώσεων θείου. Οξείδωση οργανικής ύλης - η βάση της ζωής

Αντιδράσεις μείωσης της οξείδωσης που αφορούν τις οργανικές ουσίες, τις ποικιλίες τους, τον ορισμό των προϊόντων

Όλα τα IAD σε οργανικά μπορούν να χωριστούν σε 3 ομάδες:

Πλήρης οξείδωση και καύση

Ήπια οξείδωση

Καταστροφική οξείδωση

1. Πλήρης οξείδωση και καύση. Το οξυγόνο που χρησιμοποιείται ως οξειδωτικά (άλλες ουσίες που υποστηρίζουν καύσης όπως είναι τα οξείδια του αζώτου), πυκνό νιτρικό οξύ και θειικό οξύ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα στερεό άλας το οποίο, όταν θερμαίνεται, οξυγόνο (χλωρικά, νιτρικά, υπερμαγγανικά, κτλ), άλλα οξειδωτικά (π.χ. , οξείδιο χαλκού (II)). Σε αυτές τις αντιδράσεις παρατηρείται η καταστροφή όλων των χημικών δεσμών στην οργανική ύλη. Προϊόντα οξείδωσης οργανικής ύλης είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.

2. Ήπια οξείδωσηΣτην περίπτωση αυτή, η αλυσίδα άνθρακα δεν σπάει. Αναφέρεται σε μια ήπια οξείδωση της οξείδωσης των αλκοολών σε αλδεΰδες και κετόνες, οξείδωση αλδεϋδών σε καρβοξυλικά οξέα, η οξείδωση αλκενίων προς διυδρικές αλκοόλες (αντίδραση Wagner), οξείδωση του ακετυλενίου προς οξαλικού καλίου, τολουόλιο - να βενζοϊκό οξύ, κλπ Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται ως οξειδωτικοί παράγοντες αραιωμένα διαλύματα υπερμαγγανικού καλίου, διχρωμικού καλίου, νιτρικού οξέος, διαλύματος αμμωνίας οξείδιο αργύρου, οξειδίου χαλκού (II), υδροξειδίου του χαλκού (II).

3. Καταστρεπτική οξείδωση. Παρουσιάζεται σε πιο σοβαρές συνθήκες από την ήπια οξείδωση, συνοδευόμενη από τη ρήξη ορισμένων δεσμών άνθρακα-άνθρακα. Ως οξειδωτικοί παράγοντες, όταν θερμαίνονται, χρησιμοποιούνται περισσότερο συμπυκνωμένα διαλύματα υπερμαγγανικού καλίου και διχρωμικού καλίου. Το μέσο αυτών των αντιδράσεων μπορεί να είναι όξινο, ουδέτερο και αλκαλικό. Τα προϊόντα αντίδρασης θα εξαρτηθούν από αυτό.

Καταστροφή (διακοπή αλυσίδας άνθρακα)εμφανίζεται σε αλκένια και αλκύνια - σε πολλαπλό δεσμό, σε παράγωγα βενζολίου - μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου ατόμου άνθρακα, αν μετρήσετε από έναν δακτύλιο σε τριτοταγείς αλκοόλες - σε ένα άτομο που περιέχει μια υδροξυλομάδα σε κετόνες σε ένα άτομο με καρβονυλομάδα.

Αν κατά την καταστροφήένα θραύσμα που περιέχει 1 άτομο άνθρακα έχει απογυμνωθεί, κατόπιν οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα (σε όξινο μέσο), όξινο ανθρακικό και (ή) ανθρακικό (σε ουδέτερο μέσο), ανθρακικό άλας (σε αλκαλικό μέσο). Όλα τα πλέον θραύσματα μετατρέπονται σε οξέα (σε όξινο περιβάλλον) και άλατα αυτών των οξέων (σε ουδέτερο και αλκαλικό μέσο). Σε μερικές περιπτώσεις, δεν λαμβάνονται τα οξέα, αλλά οι κετόνες (κατά την οξείδωση των τριτοταγών αλκοολών, διακλαδισμένες ρίζες στα ομόλογα του βενζολίου, στις κετόνες, στα αλκένια).

Τα ακόλουθα διαγράμματα παρουσιάζουν πιθανές επιλογές για την οξείδωση παραγώγων βενζολίου σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον. Διαφορετικά χρώματα υπογραμμισμένα άτομα άνθρακα που εμπλέκονται στη διαδικασία οξειδοαναγωγής. Η επισήμανση σάς επιτρέπει να εντοπίσετε την "μοίρα" κάθε ατόμου άνθρακα.

Οξείδωση παραγώγων βενζολίου σε όξινο περιβάλλον

Οξείδωση   - είναι η διαδικασία ανάκτησης ηλεκτρονίων από ένα άτομο, ένα μόριο ή ένα ιόν, που συνοδεύεται από μια αύξηση του βαθμού οξείδωσης. Αλλά, ακολουθώντας αυτόν τον ορισμό, πολύ πολλές οργανικές αντιδράσεις μπορούν να αποδοθούν στις αντιδράσεις οξείδωσης, για παράδειγμα:

αφυδρογόνωση αλειφατικών ενώσεων που οδηγούν στο σχηματισμό διπλών δεσμών άνθρακα-άνθρακα:

(ο βαθμός οξείδωσης του ατόμου άνθρακα, από τον οποίο πηγαίνει το υδρογόνο, κυμαίνεται από -2 έως -1),

αντιδράσεις υποκατάστασης αλκανίου:

(η κατάσταση οξείδωσης ενός ατόμου άνθρακα αλλάζει από -4 σε -3),

αντιδράσεις σύζευξης αλογόνων με πολλαπλό δεσμό:

(ο βαθμός οξείδωσης του ατόμου άνθρακα αλλάζει από -1 σε 0) και πολλές άλλες αντιδράσεις.

Αν και τυπικά αυτές οι αντιδράσεις σχετίζονται με τις αντιδράσεις οξείδωσης, στην οργανική χημεία, ωστόσο, παραδοσιακά οξείδωση   ορίζεται ως η διαδικασία με την οποία, ως αποτέλεσμα του μετασχηματισμού μιας λειτουργικής ομάδας, μια ένωση περνά από μία κατηγορία σε μία υψηλότερη:

αλκενίου ® αλκοόλης ® αλδεϋδης (κετόνη) ® καρβοξυλικού οξέος.

Οι περισσότερες αντιδράσεις οξείδωσης περιλαμβάνουν την εισαγωγή ενός ατόμου οξυγόνου σε ένα μόριο ή τον σχηματισμό ενός διπλού δεσμού με ένα υπάρχον άτομο οξυγόνου λόγω της απώλειας ατόμων υδρογόνου.

Και τι είδους ενώσεις είναι σε θέση να δίνουν οξυγόνο σε οργανικές ουσίες;

Οξειδωτικοί παράγοντες

Για την οξείδωση των οργανικών ουσιών, συνήθως χρησιμοποιούνται ενώσεις μεταβατικών μετάλλων, οξυγόνου, όζοντος, υπεροξειδίων και ενώσεων θείου, σεληνίου, ιωδίου, αζώτου και άλλων.

Από τους οξειδωτικούς παράγοντες που βασίζονται σε μεταβατικά μέταλλα χρησιμοποιούνται κατά προτίμηση ενώσεις χρωμίου (VI) και μαγγανίου (VII), (VI) και (IV).

Οι πιο συνηθισμένες ενώσεις χρωμίου (VI) είναι ένα διάλυμα διχρωμικού καλίου K2Cr2O7 σε θειικό οξύ, ένα διάλυμα τριοξειδίου του χρωμίου CrO3 σε αραιό θειικό οξύ ( Το αντιδραστήριο Johnson), ένα σύμπλοκο τριοξειδίου του χρωμίου με πυριδίνη και αντιδραστήριο Saretta   - CrO3 με πυριδίνη και HCl (χλωροχρωμικό πυριδίνιο).

Όταν η οργανική ύλη οξειδώνεται, το χρώμιο (VI) σε οποιοδήποτε μέσο μειώνεται στο χρώμιο (III), ωστόσο, η οξείδωση σε ένα αλκαλικό μέσο στην οργανική χημεία δεν βρίσκει πρακτική εφαρμογή.

Το υπερμαγγανικό κάλιο KMnO 4 σε διαφορετικά περιβάλλοντα παρουσιάζει διαφορετικές οξειδωτικές ιδιότητες, ενώ η αντοχή του οξειδωτικού αυξάνει σε όξινο περιβάλλον:

Το ανθρακικό κάλιο K2MnO4 και το οξείδιο του μαγγανίου (IV) MnO2 εμφανίζουν οξειδωτικές ιδιότητες μόνο σε όξινο περιβάλλον.

Το υδροξείδιο του χαλκού (II) χρησιμοποιείται συνήθως για την οξείδωση των αλδεϋδών. Η αντίδραση διεξάγεται με θέρμανση, ταυτόχρονα το μπλε υδροξείδιο του χαλκού (II) μετατρέπεται πρώτα σε υδροξείδιο του χαλκού (Ι) κίτρινου χρώματος, το οποίο στη συνέχεια αποσυντίθεται σε κόκκινο οξείδιο του χαλκού (Ι). Ένα διάλυμα αμμωνίας υδροξειδίου του αργύρου χρησιμοποιείται επίσης ως οξειδωτικό μέσο για τις αλδεΰδες ( ασημένια αντίδραση καθρέφτη)

I. Προσδιορισμός του βαθμού οξείδωσης σε οργανικές ουσίες.

Αλγεβρική μέθοδος

Σε οργανικές ουσίες, είναι δυνατό να προσδιοριστεί ο βαθμός οξείδωσης των στοιχείων. αλγεβρική μέθοδος, αποδεικνύεται μέση ταχύτητα οξείδωσης. Αυτή η μέθοδος είναι περισσότερο εφαρμόσιμη αν όλα τα άτομα άνθρακα της οργανικής ουσίας στο τέλος της αντίδρασης έχουν αποκτήσει τον ίδιο βαθμό οξείδωσης (αντίδραση καύσης ή πλήρη οξείδωση)

Εξετάστε:

Παράδειγμα 1. Συμπύκνωση σακχαρόζης με θειικό οξύ με περαιτέρω οξείδωση:

C12H22O11 + H2S04CO2 + H20 + SO2

Βρείτε τον βαθμό οξείδωσης του άνθρακα στη σακχαρόζη: 0

Στην ηλεκτρονική ισορροπία λάβετε υπόψη και τα 12 άτομα άνθρακα:

12C 0 - 48 e ® 12C +4 48 1

Οξείδωση

S + 6 + 2 e ®S +4 2 24

ανάκτηση

C12H22O11 + 24 H2S04® 12CO2 + 35H2O + 24 SO 2

Στις περισσότερες περιπτώσεις, όχι όλα τα άτομα της οργανικής ύλης υφίστανται οξείδωση, αλλά μόνο μερικά. Σε αυτή την περίπτωση, μόνο άτομα που αλλάζουν τον βαθμό οξείδωσης εισάγονται στην ισορροπία ηλεκτρονίων και, ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τον βαθμό οξείδωσης κάθε ατόμου.

2.γραφικά:

1) απεικονίζεται ο πλήρης δομικός τύπος της ουσίας.

2) για κάθε δεσμό, το βέλος δείχνει την μετατόπιση του ηλεκτρονίου στο πιο ηλεκτροαρνητικό στοιχείο.

3) όλοι οι δεσμοί C - C θεωρούνται μη πολικοί.

Ο άνθρακας της καρβοξυλικής ομάδας μετατοπίζει 3 ηλεκτρόνια από μόνη της, η κατάσταση οξείδωσης είναι +3, ο μεθυλ άνθρακας προσελκύει 3 ηλεκτρόνια από το υδρογόνο και η κατάσταση οξείδωσης είναι 3.

Ο άνθρακας της ομάδας αλδεϋδης δίνει 2 ηλεκτρόνια (+2) και προσελκύει 1 ηλεκτρόνιο (-1), για ολικό βαθμό οξείδωσης άνθρακα της ομάδας αλδεΰδης +1. Ο άνθρακας της ρίζας προσελκύει 2 ηλεκτρόνια από το υδρογόνο (-2) και δίνει 1 ηλεκτρόνιο στο χλώριο (+1), για μια ολική κατάσταση οξείδωσης αυτού του άνθρακα -1.

N С С С ≡ С Н

Εργασία 1. Προσδιορίστε τον μέσο βαθμό οξείδωσης των ατόμων άνθρακα με την αλγεβρική μέθοδο και τον βαθμό οξείδωσης κάθε ατόμου άνθρακα με τη γραφική μέθοδο στις ακόλουθες ενώσεις:

1) 2-αμινοπροπάνιο 2) γλυκερίνη 3) 1,2-διχλωροπροπάνιο 4) αλανίνη

Μεθυλο φαινυλο κετόνη

Η διαδικασία αυτή διεξάγεται κυρίως από τρεις ομάδες μικροοργανισμών: φωτοσυνθετικά βακτήρια (μωβ και πράσινα), τα ίδια τα βακτήρια θείου, θειονικά βακτηρίδια.

Σχετικά πρόσφατα ανακάλυψε ότι κάποια ετεροτροφικά βακτήρια εσείς. mezentericus, εσύ. subtilis, actinomycetes, μύκητες και ζύμη είναι επίσης ικανές να οξειδώσουν το θείο παρουσία οργανικής ύλης, αλλά αυτή η πλευρική διαδικασία είναι αργή και η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της οξείδωσης δεν χρησιμοποιείται από αυτούς.

Φωτοσυνθετικά βακτήρια   - μωβ και πράσινοι προκαρυωτικοί μικροοργανισμοί, ζουν κυρίως σε υδάτινα σώματα και διεξάγουν «αναερόβια φωτοσύνθεση» χωρίς την απελευθέρωση μοριακού οξυγόνου. Όλα τα φωτοτροπικά βακτήρια στον προσδιοριστή Bergie συνδυάζονται στην τάξη Rhodospirillales με βάση την ικανότητά τους να αναερόβια φωτοσύνθεση. υπάρχουν δύο υποσυστήματα: Rhodospirillineae - μοβ (ροδοβακτηρίδιο), Chlorobiineae - χλωροβακτηρίδιο (πράσινα βακτήρια). Τα περισσότερα φωτοσυνθετικά βακτήρια είναι αυστηρά αναερόβια και φωτότροφα, αν και ανάμεσα στα πορφυρά και τα πράσινα βακτήρια υπάρχουν είδη που μπορούν να αναπτυχθούν ετερότροφα στο σκοτάδι λόγω της αναπνοής. Ως δότης υδρογόνου κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, τα βακτήρια χρησιμοποιούν μειωμένες ενώσεις θείου, μοριακό υδρογόνο και ορισμένα είδη - οργανικές ενώσεις.

Το πιο καλά μελετημένο από τη σειρά της οικογένειας racteriacterium Chromatiaceae, γένος Chromatium - θειούχα πορφυρά βακτηρίδια. Οι εκπρόσωποι των τελευταίων είναι ωοειδείς ή σε σχήμα ράβδου, έχουν κινητικότητα λόγω της πολικής μαστίγας. υποχρεώνουν τους αναερόβιους φωτολιθοτροφικούς οργανισμούς, οξειδούν το υδρόθειο διαδοχικά στο S0 και περαιτέρω στο SO4 2-. Μερικές φορές οι σφαιρίδια θείου αποτίθενται στα κύτταρα τους, τα οποία σταδιακά μετατρέπονται σε θειικά άλατα που εκλύονται προς τα έξω.

Μεταξύ των πράσινων βακτηρίων θείου, εκπρόσωποι του γένους Chlorobium είναι καλά μελετημένοι. Αυτές είναι κυρίως ράβδοι και δονητικές μορφές, πολλαπλασιασμένες με διαίρεση, που συχνά περιβάλλεται από βλεννογόνες κάψουλες, αυστηρά αναερόβια και υποχρεωτικά φωτολιθοτροφικά. Πολλοί από αυτούς φέρνουν την οξείδωση του θείου μόνο στο στάδιο του ελεύθερου θείου. Το στοιχειακό θείο συχνά αποτίθεται εκτός των κυττάρων, αλλά το θείο δεν συσσωρεύεται στα ίδια τα κύτταρα.

Τα φωτοσυνθετικά βακτήρια κατανέμονται ευρέως σε υδατικά συστήματα. συνήθως ζουν σε περιβάλλον που περιέχει υδρόθειο (λίμνες, θαλάσσιες λιμνοθάλασσες, λίμνες κλπ.) και διατηρεί τη μεγάλη συγκέντρωσή του. Στο έδαφος, αυτά τα βακτήρια δεν παίζουν σημαντικό ρόλο, ενώ σε δεξαμενές η δραστηριότητά τους έχει μεγάλη σημασία.

Θειούχα βακτήρια   - Μια εκτεταμένη ομάδα άχρωμων μικροοργανισμών, που αναπτύσσονται παρουσία υδρόθειου, καταγράφει σταγόνες θείου μέσα στα κύτταρα. Οι πρώτες μελέτες αυτής της ομάδας βακτηρίων διεξήχθησαν από τον S. Ν. Vinogradsky το 1887, 1888. Εφαρμόζοντας την αρχική μέθοδο μικροκαλλιέργειας, η οποία επιτρέπει την αλλαγή του περιβάλλοντος και την παρατήρηση ενός ζωντανού αντικειμένου για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο Vinogradsky διαπίστωσε ότι το θείο που αποτίθεται στα κύτταρα Beggiatoa (τυπικός εκπρόσωπος βακτηρίων θείου) σχηματίζεται από υδρόθειο και μπορεί να οξειδωθεί από αυτόν τον μικροοργανισμό σε θειικό οξύ. Ταυτόχρονα, πρότεινε για πρώτη φορά την έννοια της ύπαρξης χημειοσύνθεσης στα βακτήρια (ιδιαίτερα στα νηματοειδή). μπορούν να αναπτυχθούν απουσία οργανικών ενώσεων και η διαδικασία οξείδωσης του ανόργανου θείου χρησιμεύει ως πηγή ενέργειας για την αναπνοή τους. Ωστόσο, η παρουσία χημειοαυτοτροπίας στα περισσότερα άχρωμα βακτήρια θείου εξακολουθεί να είναι παράλογη, καθώς είναι δυνατόν να τα απομονώσουμε σε καθαρή καλλιέργεια: αν και οι μικροοργανισμοί επιτύχουν, δεν είναι απολύτως βέβαιοι ότι τα απομονωμένα στελέχη έχουν την ίδια φυσιολογία με αυτά που παρατηρούνται στη φύση. Το χαρακτηριστικό που δίνεται στα serobacteria από τον S.N. Vinogradsky (1888) παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητο προς το παρόν.

Τα άχρωμα βακτήρια θείου αντιπροσωπεύουν μια ετερογενή ομάδα με ένα ενιαίο κοινό χαρακτηριστικό - την ικανότητα να αποθέτει θείο στα κύτταρα. Η συστηματική των οργανισμών αυτών αναπτύσσεται μόνο στο επίπεδο του γένους. δεν μπορούν όλοι να θεωρηθούν σταθερά εδραιωμένα. Ο GA Zavarzin (1972), με μορφολογικά χαρακτηριστικά, διακρίνει μεταξύ τους μορφές: νηματοειδείς, μονοκυτταρικές με μεγάλα κύτταρα και μονοκύτταρα με μικρότερες.

Τα νηματοειδή βακτήρια ανήκουν σε πέντε γένη. οι πιο διάσημοι από αυτούς είναι οι Beggiatoa, Thiothrix και Thioploca.

Το γένος Beggiatoa αντιπροσωπεύεται από άχρωμους νηματώδεις οργανισμούς που σχηματίζουν τριχώματα, που μοιάζουν με τα τριχώματα των φυκών σε δομή, αλλά σε αντίθεση με τα τελευταία, περιέχουν σώματα θείου. Τα τριχομώματα δεν συνδέονται ποτέ με το υπόστρωμα, έχουν κινητικότητα λόγω της σχηματισμένης βλέννας και βρίσκονται σε καθιστικά νερά με χαμηλή περιεκτικότητα σε υδρόθειο, ανήκουν σε μικροαερόφιλα. Στην επιφάνεια της ιλύος σε υδάτινα σώματα, στους χώρους συσσώρευσής τους, σχηματίζουν μεγάλες λευκές κηλίδες ή λεπτό λευκό πλέγμα. Όλα τα είδη αυτού του είδους οξειδώνουν το υδρόθειο και τα σουλφίδια στο στοιχειακό θείο, το οποίο εναποτίθεται μέσα στα κύτταρα και σε περίπτωση έλλειψης υδρόθειου ή σουλφιδίου στο εξωτερικό περιβάλλον. Το θείο που αποτίθεται μέσα στα κύτταρα οξειδώνεται σε θειικό οξύ και απελευθερώνεται. Όταν συνδυάζονται με μέταλλα, σχηματίζονται θειικά άλατα.

Οι εκπρόσωποι του γένους Thiothrix έχουν πολύ παρόμοια δομή με τα βακτήρια του θείου του γένους Beggiatoa, αλλά διαφέρουν από τα τελευταία δεδομένου ότι προσκολλώνται στο υπόστρωμα με ειδικό δίσκο βλεννογόνου, που βρίσκεται συνήθως σε γρήγορα ρέοντα υδρόθειο. Οι κλωστές τους εμφανίζονται μαύρες λόγω της μεγάλης συσσώρευσης κατατεθειμένου θείου. Το Thiothrix δίνει ασβέστικες ρυτίδες σε υποβρύχια αντικείμενα σε κινητό περιβάλλον. Οι θύλακες Thioploca βρίσκονται σε πολλά σωμάτια νερού, στα ανώτερα στρώματα της ιλύος. που βρίσκονται κάθετα, διασχίζουν τους ορίζοντες οξείδωσης και μείωσης, συνεχώς κινούνται προς τα πάνω και προς τα κάτω καθώς το νερό μετακινείται προς το οξυγόνο, έπειτα προς το πυθμένα του υδρόθειου. Στην παχιά τους βλεννογόνο κάψουλα, που καλύπτονται έξω με κομμάτια θραυσμάτων, είναι παρεμβαλλόμενα τριχώματα (μπορεί να είναι από 1 έως 20). Τα βακτηρίδια Thioploca απομονώθηκαν από πλούσια σε ασβέστιο ιλύ και θαλάσσιο ιχθυάλευρο.

Τα μονοκύτταρα σεροβακτηρίδια με μεγάλα κύτταρα αντιπροσωπεύονται από τρία γένη: Achromatium, Thiovulum και Macronionas: μεγέθη κυττάρων σε όλα τα είδη - 10-40 microns. πολλαπλασιάζονται με διαίρεση ή στένωση. το σχήμα των κυττάρων είναι οβάλ και κυλινδρικό. Εκτός από τα σταγονίδια θείου, τα κύτταρα συχνά περιέχουν ανθρακικό ασβέστιο.

Οι μονοκύτταρες μορφές με μικρά κύτταρα συνδυάζονται σε δύο γένη: Thiospira και Thiobacterium. Το Thiospira έχει μελετηθεί ελάχιστα. Το γένος Thiobacterium περιλαμβάνει τρία είδη. Αυτά τα σταθερά μικρά ραβδιά, που περιβάλλεται από βλεννογόνα καψάκια, είναι ικανά να σχηματίσουν μια ζωογένεση. το θείο στα κύτταρα δεν εναποτίθεται σε όλα τα είδη.

Άχρωμα βακτήρια θείου - τυπικοί υδρόβιοι μικροοργανισμοί, είναι κοινά σε υδάτινα σώματα, όπου το υδρόθειο σχηματίζεται ελάχιστα ελάχιστα. Όλα είναι μικροαερόφιλα, πολύ ευαίσθητα στη συγκέντρωση υδρόθειου: σε ένα μέσο κορεσμένο με υδρόθειο, αυτοί πεθαίνουν γρήγορα, σε συγκέντρωση μικρότερη από 40 mg / l, αναπτύσσονται πιο μεγαλεπήβολα.

Οι βέλτιστες συνθήκες για αυτές δημιουργούνται σε συστήματα μη ισορροπίας, όπου το υδρόθειο συσσωρεύεται αργά και υπάρχει ένα αλκαλικό ή σχεδόν ουδέτερο μέσο ροής. Μεταξύ των άχρωμων βακτηρίων θείου αναπτύσσονται καλά τόσο σε χαμηλή θερμοκρασία όσο και σε υψηλές θερμοκρασίες - έως και 50 ° C (σε ιαματικές πηγές). Μπορούν να αντέξουν σε υψηλές συγκεντρώσεις αλατιού και να αναπτυχθούν στη μαύρη λάσπη αλατιού, σε ένα σχεδόν κορεσμένο διάλυμα αλατιού. Είναι ακόμα τα πιο συνηθισμένα στα γλυκά νερά.

Μαζικές συσσωρεύσεις βακτηρίων θείου μπορούν να βρεθούν σε λίμνες στην επιφάνεια της ιλύος · επομένως, το υδρόθειο που απελευθερώνεται στη λάσπη οξειδώνεται και δεν δηλητηριάζει τη μάζα του νερού. Στην περίπτωση μόλυνσης της μάζας νερού με υδρόθειο, τα βακτηρίδια μπορούν να σχηματίσουν σε ένα βάθος ή άλλο ένα λεγόμενο "βακτηριακό έλασμα" ή μεμβράνη πάνω από το οποίο δεν υπάρχει υδρόθειο και κάτω από το οξυγόνο. Για παράδειγμα, στη Μαύρη Θάλασσα, μια τέτοια ταινία βρίσκεται σε βάθος 200 μέτρων και εμποδίζει την είσοδο υδρόθειου πάνω από αυτό το επίπεδο. Τα βακτηρίδια του θείου που το κατοικούν στα σύνορα των αερόβιων και αναερόβιων ζωνών βρίσκονται σε μια χαοτική, αδιάκοπη κίνηση: κατεβαίνοντας πίσω από το υδρόθειο, ανεβαίνοντας πίσω από το οξυγόνο. Οξείζουν το υδρόθειο στο στοιχειακό θείο και παίρνουν την απαραίτητη ενέργεια για τη σύνθεση των οργανικών ουσιών. Με χημειοσύνθετα, λόγω της οξείδωσης 25 g H2S / m2, μπορούν να εξομοιωθούν 8 g s / m2 ανά έτος (Sorokin, 1970). Μετά την απομάκρυνση, τα μικροβιακά σώματα εμπλουτισμένα με στοιχειακό θείο βυθίζονται στη ζώνη υδρόθειου, φτάνουν μερικώς στον πυθμένα, όπου με τη συμμετοχή των αποθειωτικών βακτηρίων αποσυντίθενται, το θείο επαναφέρεται και πάλι στο υδρόθειο. Υποθέτουμε ότι στο πάχος του θαλάσσιου νερού στο οριακό στρώμα (O2 και H2S) το πρώτο στάδιο οξείδωσης του υδρόθειου διεξάγεται με χημικά μέσα (Skopindev, 1973).

Τα βακτήρια του θείου συγκεντρώνονται συχνά σε μεγάλες ποσότητες σε πηγές υδρόθειου.

Η συμμετοχή βακτηρίων θείου στον κύκλο του θείου είναι πιθανώς ασήμαντη, αν και ο ρόλος τους στην πρόληψη της δηλητηρίασης με υδρόθειο των στρωμάτων ύδατος και η επίδραση στη μετανάστευση και εναπόθεση μετάλλων φαίνεται να είναι σημαντική.

Ο κύριος ρόλος στην οξείδωση του θείου δίνεται σε θειονικά βακτηρίδια.

Θηονικά βακτήρια - Μία μοναδική μορφολογική και βιοχημική ομάδα μικροοργανισμών που βρίσκονται σε εδάφη, νωπά και αλμυρά νερά, αποθέσεις θείου και σε βράχους. Τα θειονικά βακτηρίδια λαμβάνουν ενέργεια μέσω της οξείδωσης ανόργανων ανόργανων ενώσεων θείου όπως υδρόθειο, σουλφίδια, θειώδες, θειοθειικό, τετραθειονικό, θειοκυανικό, διθειονίτη, καθώς και μοριακό θείο. Το θείο που σχηματίζεται ως ενδιάμεσο προϊόν εναποτίθεται έξω από τα κύτταρα. Ως δέκτης ηλεκτρονίων, χρησιμοποιούν ελεύθερο οξυγόνο, και ορισμένους τύπους - νιτρικό οξυγόνο. Σύμφωνα με τον τύπο της διατροφής, τα θειονικά βακτηρίδια μπορούν να χωριστούν σε ομάδες: autotrophs, mixotrophs και litoterotrophs. Τα περισσότερα θειονικά βακτηρίδια είναι αερόβια, αν και είναι γνωστά προαιρετικά αναερόβια, όπως το Th. denitrifisans. Ανάλογα με τον βιότοπο, συμπεριφέρονται διαφορετικά: υπό αερόβιες συνθήκες διεξάγουν μια διαδικασία με τη συμμετοχή μοριακού οξυγόνου, σε αναερόβιες μετατρέπουν σε απονιτροποίηση και μειώνουν τα νιτρικά άλατα στο μοριακό άζωτο. Τέσσερα γένη από θειονικά βακτηρίδια είναι γνωστά: Thiobacillus - σχήματος ράβδου, κινητός? Thiomicrospira - σπειροειδής, κινητή? Thiodendron - μικροκολόνες ωοειδών ή ελικοειδώς στριμμένων κυττάρων που συνδέονται με μίσχους ή διακλαδισμένες υφές. Sulfolobus - με λοβό, με μειωμένο κυτταρικό τοίχωμα. Δεδομένου ότι τα βακτηρίδια του γένους Thiobacillus, που είναι ευρέως διαδεδομένα στα χερσαία και υδρόβια οικοσυστήματα, είναι ιδιαίτερα δραστικά στον κύκλο του θείου, μελετώνται κυρίως.

Σε σχέση με την οξύτητα του περιβάλλοντος, οι θειοβακίλλοι χωρίζονται σε δύο ομάδες: εκείνες που αναπτύσσονται σε ουδέτερες ή αλκαλικές συνθήκες (pH 6-9) και αυτές που αναπτύσσονται σε όξινες συνθήκες (όξινοφιλικές). Για το θειοβακίλλιο της 1ης ομάδας, η βέλτιστη τιμή ρΗ είναι στην περιοχή από 6-9. τα είδη του είναι: Τ. thioparus, Τ. denitrificans, Τ. novellus, Τ. thiocyanooxidans, Τ. neapolitanus. Όλοι οξειδούν το υδρόθειο, το θείο και το θειοθειικό άλας. Εξετάστε τους πιο μελετημένους εκπροσώπους αυτής της ομάδας.

T. thioparus - αυτοτροφική βακτήριο Dedicated Beijerinck (1904), αναπτύσσεται σε ουδέτερο ρΗ, το κινητό (έχοντας ένα πολικό μαστίγιο), Gram ικανό να οξειδώνει το υδρόθειο, όξινο θειούχο ιόν, και από σουλφίδιο - μόνο σουλφίδιο ασβεστίου. Τα προϊόντα οξείδωσης είναι θείο, πολυθειονικά (κυρίως τετραθειονικά) και θειικό οξύ. Μπορεί να αναπτυχθεί ως μικροαερόφιλο και είναι πολύ ασταθής στην οξύτητα.

Έτσι, η συσσώρευση στοιχειακού θείου μπορεί να συμβεί λόγω: α) της αναγωγής των θειικών αλάτων με την αποθείωση των βακτηρίων, β) οξείδωση υδρόθειου με θειονικά βακτηρίδια. Το στοιχειακό θείο συσσωρεύεται στον λασπώδη πυθμένα των υφάλμυρων λιμνών και βρίσκεται στον πυθμένα της Κασπίας Θάλασσας, όπου σχηματίζεται λόγω της οξείδωσης του υδρόθειου που απελευθερώνεται από το λάσπη.

Ο σχηματισμός πολλών κοιλοτήτων θείου σχετίζεται με την οξειδωτική δράση των θειονικών βακτηρίων. Οι ιζηματογενείς αποθέσεις θείου συμπίπτουν γεωγραφικά με τους βράχους που φέρουν γύψο της Περμικής, Κάτω Κρητιδικής, Παλαιογόνου, Νεογεννητικής και βρίσκονται κατά μήκος των ορίων των γεωστατικών στοιχείων, που έχουν εκτραφεί ή βυθιστεί. Συχνά περιορίζεται στα πετρώματα με πετρελαϊκά πεδία, όπου τα πετρώματα είναι συνήθως κατακερματισμένα, ραγισμένα, καταστρέφονται τα καμάκια των αντικειμένων, πράγμα που διευκολύνει τη ροή υδρόθειου και κορεσμένου νερού στην επιφάνεια. Εδώ στο περιβάλλον του οξυγόνου, γεμάτο άφθονα από θειονικά βακτηρίδια, η διαδικασία οξείδωσης του υδρόθειου με τη συσσώρευση στοιχειακού θείου. Τέτοιες είναι οι καταθέσεις στην Κεντρική Ασία: Gaurdak, Shorsu, Sulfuric hillocks στο Karakum.

Το Τ. Θειοκυανοξειδάνιο είναι κατά πολλούς τρόπους παρόμοιο με τον Τ. Thioparus, αλλά διαφέρει στο ότι οξειδώνει εκτός από υδρόθειο και ροδονίτη. Αυτά τα βακτήρια βρίσκονται (Happold, Kay, 1934) και απομονώνονται σε μια καθαρή καλλιέργεια (Happold, Johnston, Rogers, 1954). Μορφολογικά, Τ. Θειοκυανοξειδάνες - ραβδώσεις με ένα πολικό μαστίγιο, αυτοτροφικό, αερόβιο. για αυτούς είναι ευνοϊκό ένα ουδέτερο περιβάλλον. η παρουσία οργανικών ουσιών σε συγκέντρωση μεγαλύτερη του 1% αναστέλλει την ανάπτυξή τους.

T. Novellus - mixotrophic οργανισμός ανακαλύφθηκε και απομονώθηκε από χώμα RL Starkey το 1934, σε γραμμάρια, ακίνητος, ραβδόμορφων, αναπτύσσεται καλά σε οργανικά μέσα, αλλά υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να περάσει από ετερότροφη αυτοτροφική τύπο ρεύματος.

Το απονιτροποιητικό θειονικό βακτήριο είναι ένα μικρό, αναμφισβήτητο βακίλο, κινητό, που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Beierinck: (1904) υπό ορυκτολογικές συνθήκες, οξειδώνει το περιβάλλον και τις ανόργανες ενώσεις του σε θειικά, ταυτόχρονα μειώνει τα νιτρικά άλατα στο μοριακό άζωτο.

Σε αερόβιες συνθήκες, η μείωση των νιτρικών αλάτων δεν συμβαίνει και τα βακτήρια χρησιμοποιούν οξυγόνο, αέρα, ως οξειδωτικό παράγοντα.

Η ομάδα των μικροοργανισμών που αναπτύσσονται σε όξινο περιβάλλον περιλαμβάνει: Τ. Ferrooxidans, Τ. Intermedius, Τ. Thiooxidans. Η τιμή ρΗ 2-4 είναι η βέλτιστη γι 'αυτούς, αλλά μπορούν να αναπτυχθούν σε ένα ρΗ από 0,5 έως 7. Τα δύο πρώτα είδη δεν αναπτύσσονται σε ρΗ\u003e 5: Τ. Τα θειοξειδάκια είναι ο πιο όξινοφιλικός μικροοργανισμός στη φύση, αφού διατηρεί βιωσιμότητα σε ρΗ περίπου 0 .

Ο T. thiooxidans - βακιλλικός φλοιός, κινητός, σχηματίζει βλέννα, autotroph, ανακαλύφθηκε όταν μελετά την αποσύνθεση του θείου στο χώμα (Waxman, Ioffe, 1922). Είναι σε θέση να οξειδώσει, όπως διαπιστώθηκε πρόσφατα, μερικές οργανικές ενώσεις θείου. Το κύριο υπόστρωμα που οξειδώνεται από αυτόν τον οργανισμό είναι το μοριακό θείο και μερικές φορές το θειοθειικό · υπό αερόβιες συνθήκες η διαδικασία αυτή πηγαίνει στο στάδιο της απομόνωσης του θειικού οξέος. Η ενέργεια οξείδωσης χρησιμοποιείται για την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα. Η ικανότητα αυτού του τύπου να οξειδώνει υδρόθειο και άλλες ενώσεις δεν έχει τελικά διαυγαστεί, δεδομένου ότι αυτές οι ενώσεις είναι ασταθείς σε όξινο περιβάλλον.

Είναι πολύ ενδιαφέρον να οργανισμούς αναφέρεται σιδήρου-θειόνη ferrooxidans βακτήριο T., περιγράφεται και διακρίνεται από την αποστράγγιση του νερού ορυχείου οξύ (επινοητής, Hinkle, 1947), μικρών ράβδων με ένα πολικό μαστίγιο, κινητά, δεν σχηματίζει σπόρια, Gram χρωματισμένος, πολλαπλασιάζει με διαίρεση, hemolitotrofov, pH 1,7-3,5 - βέλτιστα, αερόβια. Καταλαμβάνει μια ιδιαίτερη θέση μεταξύ των θειοβακτηρίων, αφού η ικανότητα αυτοτροφικής ανάπτυξης προκαλείται όχι μόνο από την ενέργεια που παράγεται από την οξείδωση ενώσεων θείου αλλά και από το οξείδιο του σιδήρου που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση προς οξείδιο. Από το ιόν Fe2 + σε ρΗ<4 в стерильной среде устойчив против окисления кислородом воздуха, то Т. ferrooxidans можно было бы отнести к железобактериям, среди которых организм занимает определенную экологическую нишу, но по таксономическим признакам он ближе к тионовым бактериям, особенно Т. thiooxidans. Источник энергии для этого организма - окисление пирита, марказита, пирротина, антимонита и других сульфидов; остальные тиобактерии обладают меньшей способностью окислять нерастворимые в воде сульфиды тяжелых металлов. Окисление Fe 2+ этим организмом - сложный, до конца не выясненный процесс. Установлено, что окисление 1 г/ат Fe 2 + до трехвалентного при pH 1,5 дает энергию - 11,3 ккал и при этом выделяется теплота - 10 ккал/моль (Медведева, 1980).

Το T. ferrooxidans χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή στις συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων: αντέχει σε διάλυμα 5% θειικού χαλκού, συγκέντρωση Cu 2 g / l ή αρσενικό 1 g / l, αναπτύσσεται με μικρές δόσεις αζώτου, φωσφόρου και ελαφρού αερισμού και κατά συνέπεια ζει στη ζώνη οξείδωση καταθέσεων σουλφιδίου. Ο οξειδωμένος σίδηρος σε όξινο περιβάλλον δεν σχηματίζει σχηματισμένες δομές και τα κύτταρα των βακτηρίων είναι σχεδόν πάντα ελεύθερα. Τα βακτήρια οξειδώνουν στοιχειακό θείο, σουλφίδια, θειοθειικό, τετραθειονίτη, υδροσουλφίδιο. Οι καταθέσεις σουλφίδιο μια διπλή λειτουργία: να οξειδώσει θειικού θείου σε θειικό οξύ, το οποίο με τη σειρά διαλύει τα υδροξείδια του σιδήρου που σχηματίζονται θειικό, τρισθενούς σιδήρου, το τελευταίο να αντιδρά με σουλφίδια συμβάλλει (λόγω μείωσης του σιδήρου) χημική οξείδωση του δισθενούς θείου, ένα μέρος των σουλφιδίων έως και εξασθενής.

Αρκετές thiobacteria μπορεί να οξειδώσει διάφορα ορυκτά σουλφιδίου (Cu, Zn, Pb, Ni, Co, As), να συμμετάσχουν στην αλλαγή των σθένους καταστάσεις των ουρανίου και βαναδίου, να αντέχει υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων σε διάλυμα αναπτύξουν θειικού χαλκού σε μία συγκέντρωση έως 6%. Η κλίμακα δραστηριότητας αυτών των οργανισμών είναι εντυπωσιακή. Έτσι, για μία ημέρα, αφαιρέθηκαν 6115 kg χαλκού και 1706 kg ψευδαργύρου από την κατάθεση Degtyarskoe (Kravaiko et al., 1967). Πολλά βακτηρίδια βρίσκονται σε ορυκτά και λαμβάνουν, λόγω της οξείδωσης τους, την ενέργεια που απαιτείται για την αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα. Θηονικά βακτήρια, που αποδίδονται στο γένος T. ferrooxidans, βρίσκονται σε όλες τις καταθέσεις αντιμονίου. Οξειδώουν τον αντιμόνιο σε όξινες συνθήκες του περιβάλλοντος (παρουσία πυρίτη). Κάτω από ουδέτερες και ασθενώς αλκαλικές συνθήκες, άλλα βακτήρια, το T. denitrificans, μπορεί να επιταχύνουν την οξείδωση του αντιμονίτη. Στο πρώτο στάδιο, η οξείδωση θείου του αντιμονίτη συμβαίνει υπό την επίδραση του Τ. Ferrooxidans ή άλλων θειοβακίλλων. το θειικό αντιμόνιο είναι ασταθές και υδρολύει το Sb2. Το υπεροξείδιο του αντιμονίου, ο ορυκτός σεναρμονίτης, σχηματίζεται. Η οξείδωση τρισθενούς αντιμονίου σε ανώτερα οξείδια του Sb5 + συμβαίνει όταν εκτίθεται στον αυτοτροφικό μικροοργανισμό Stibiobacter senarmontii, για τον οποίο το ουδέτερο περιβάλλον είναι το πλέον ευνοϊκό. Ένας χημικοσυνθετικός μικροοργανισμός οξειδωτικός σεναρμονίτης - Stibiobacter gen. nov.: το ορυκτό της ομάδας του στιβικονίτη (Lyalikova, 1972).

Τα ετεροτροφικά βακτήρια είναι ευρέως διαδεδομένα σε κοιτάσματα ορυκτών, η γεωχημική δραστηριότητα των οποίων εξακολουθεί να είναι ελάχιστα μελετημένη. Ωστόσο, έχει διαπιστωθεί ότι ορισμένες από αυτές (Pseudomonas denitrificans, Ρ. Fluorescens), που απομονώνονται από θειούχα μεταλλεύματα, οξειδώνονται. Το αν μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια οξείδωσης μειωμένων ενώσεων θείου δεν είναι ακόμη σαφής. Προφανώς, η δραστηριότητά τους συνδέεται με το σχηματισμό οργανικών οξέων που μπορούν να αποσυνθέσουν τα ορυκτά.

Έτσι, υπάρχει ένα μέσο θειικό οξύ, σουλφίδια αντικαθίσταται θειικά είναι αποσάθρωση θειικό οξύ, ταυτόχρονα καταστρέφονται ορυκτά πέτρωμα που φέρει μετάλλευμα, που αντικαθίσταται από δευτερογενή ορυκτά στη ζώνη οξείδωσης θειούχων κοιτασμάτων - γιαροσίτη, γκαιτίτη, αγγλεσίτης, αντλερίτης, digenite κλπ παραπάνω οξειδωμένη σώμα μεταλλεύματος στο σχηματισμό μεγάλων. Η κλίμακα των οξειδίων του σιδήρου σχηματίζεται από το λεγόμενο "σιδερένιο καπέλο". Εάν τα πετρώματα του ξενιστή είναι ανθρακικά, τότε όταν εκτίθενται σε θειικό οξύ, σχηματίζεται μεγάλη ποσότητα γύψου, το θειικό οξύ εξουδετερώνεται. Εάν τα πετρώματα είναι μη ανθρακικά, τότε τα επιθετικά θειικά ύδατα απομακρύνουν αλκαλικά και αλκαλικά μέταλλα, βαρέα μέταλλα της ομάδας σιδήρου και άλλα από τους υδροφορείς με τη μορφή θειικών αλάτων. σχηματίζονται λευκασμένες ζώνες, όπου παραμένουν τα πιο σταθερά ορυκτά θειικού οξέος, χαλαζία, και καολινίτης από δευτερογενή ορυκτά.

Στην έξοδο στην επιφάνεια με τη μορφή πηγών, τα όξινα νερά, εμπλουτισμένα με θειικά άλατα χαλκού, ψευδαργύρου, κοβαλτίου, σιδήρου, αλουμινίου, νικελίου και άλλα στοιχεία, προκαλούν το σχηματισμό όξινων (θειονικών) solonchaks. Σε παρόμοια αλμυρά εδάφη κοντά σε ένα από τα κοιτάσματα θειούχου χαλκού των Νοτίων Ουραλίων, εμφανίστηκε ανάμεσα στα στεγνά στέπα μια σημύδα από σημύδα.

Οι οξύ στυπτηρία (θειόνη) εδάφη είναι συχνή σε βαλτώδη ακτή της θάλασσας, στεγνώνει παράκτιων δέλτα, λόγω της οξείδωσης του πυρίτη και gidrotroillita, που σχηματίστηκαν στο παρελθόν λόγω της ανάκαμψης της θειικής θαλασσινό νερό σε μεγαλύτερες πότισμα του εδάφους και την κυριαρχία λειτουργία αναγεννητική. Η οξείδωση των σουλφιδίων με θειονικά βακτήρια συνοδεύεται από τον σχηματισμό θειικού οξέος, την αντικατάσταση ανθρακικών ασβεστίων με γύψο, τη διάλυση αλουμινίου και οξειδίων σιδήρου με σχηματισμό στυπτηρίας: Al 2 (SO 4) 3, Fe 2 (SO 4) 3. Τα όξινα υγρότοποι αργιλικό εδάφη που σχηματίζονται στα εύκρατα γεωγραφικά πλάτη στις πεδινές ακτές της Σουηδίας και της Φινλανδίας (Κόλπος της Βοθνίας), τα μπαζώματα και τα έλη της Ολλανδίας, δεν είναι ασυνήθιστο στα δέλτα των ποταμών των υποτροπικές και τροπικές περιοχές, που βρίσκονται στο δέλτα του Murray στο έδαφος της Νοτιο-Ανατολική Ασία, τη Νότια Αμερική, όπου να έχουν τοπικά ονόματα, για παράδειγμα: "poto-poto", "katclay", κλπ.

Η διάβρωση του θειικού οξέος είναι χαρακτηριστική των κοιτασμάτων θείου που αναδύονται στην επιφάνεια, γύρω από την οποία σχηματίζεται μια ζώνη από έντονα λευκά πετρώματα, σχηματίζονται όξινα «βιτριολικά» νερά με υψηλή περιεκτικότητα θειικού σιδήρου. Όταν αυτά τα νερά αναμειγνύονται με γλυκά νερά, καταβυθίζεται ένα σκουριασμένο ίζημα ένυδρου οξειδίου του σιδήρου (λιμονίτης), το οποίο πλαισιώνει τη ζώνη θέρμανσης με θειικό οξύ.

Κατά την ανάπτυξη θειούχων μεταλλευμάτων και θειούχων αλάτων, τα θειούχα άλατα που εξάγονται στην επιφάνεια οξειδώνονται. σχηματίζονται όξινα μεταλλικά νερά στα οποία αναπτύσσονται θειονικά βακτήρια. Αυτά τα ύδατα είναι πολύ επιθετικά, διαβρωτικά μεταλλικά υλικά. Τα όξινα ύδατα με ρεύμα 1,5-2,0 ρΗ από τα απορρίμματα των αποβλήτων, οι σωροί άνθρακα που περιέχουν διασκορπισμένα σουλφίδια, η βλάστηση πεθαίνει υπό την επιρροή τους, η έντονη οξίνιση και η υποβάθμιση του εδάφους. Για να εντοπιστούν και να εξουδετερωθούν αυτές οι ροές, στη διαδρομή τους τοποθετούνται ειδικά ασβεστολιθικά φράγματα, πραγματοποιείται η λείανση των εδαφών που έχουν μολυνθεί με όξινα νερά.

Κλάσματα ισοτόπων θείου. Τέσσερα σταθερά ισότοπα θείου διανέμονται στο φλοιό της γης. Η αναλογία ισοτόπων θείου σε διαφορετικά φυσικά αντικείμενα δεν είναι η ίδια. Ως πρότυπο, ο λόγος S 32 και S 34 σε μετεωρίτες σουλφιδίων είναι αποδεκτός, όπου είναι 22,21.

Υπάρχει μια τάση να εξαντλείται το βαρύ ισοτόπιο των φυσικών ενώσεων θείου που σχηματίζονται με τη συμμετοχή μικροοργανισμών, αυτά είναι σουλφίδια ιζηματογενούς προέλευσης και βιογενές υδρόθειο. τα σουλφίδια των πυριγενών πετρωμάτων και τα θειικά άλατα που έχουν εξατμιστεί, είναι εμπλουτισμένα σε σχέση με το πρότυπο με ένα ελαφρύ ισότοπο θείου.

Αν βρείτε κάποιο σφάλμα, επισημάνετε ένα κομμάτι κειμένου και κάντε κλικ Ctrl + Enter.

Οξείδωση οργανικής ύλης - η βάση της ζωής

Η οργανική ύλη και η ενέργεια που περιέχεται σε αυτά, η οποία σχηματίζεται στα κύτταρα οποιουδήποτε οργανισμού κατά τη διαδικασία της αφομοίωσης, υφίσταται μια αντίστροφη διαδικασία - εξαφάνιση. Όταν απελευθερώνεται η χημική ενέργεια, η χημική ενέργεια απελευθερώνεται στο σώμα σε διάφορες μορφές ενέργειας - μηχανικές, θερμικές κ.λπ. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της εξατμίσεως είναι η ίδια υλική βάση που διεξάγει όλες τις διαδικασίες ζωής - τη σύνθεση οργανικών ουσιών, την αυτορρύθμιση, την ανάπτυξη, , την αναπαραγωγή, τις αντιδράσεις του σώματος σε εξωτερικές επιρροές και άλλες εκδηλώσεις της ζωής.

Η διασπορά ή η οξείδωση σε ζωντανούς οργανισμούς διεξάγεται με δύο τρόπους. Στα περισσότερα φυτά, ζώα, ανθρώπους και πρωτόζωα οργανισμούς, η οξείδωση των οργανικών ουσιών συμβαίνει με τη συμμετοχή του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται "αναπνοή", ή αερόβια (από τη λατινική αεροπορική διαδικασία). Σε ορισμένες ομάδες φυτών που είναι ικανές να υπάρχουν χωρίς αέρα, η οξείδωση γίνεται χωρίς οξυγόνο, δηλαδή, αναερόβια, και ονομάζεται ζύμωση. Εξετάστε κάθε μια από αυτές τις διαδικασίες χωριστά.

Η έννοια της «αναπνοής» σήμαινε αρχικά μόνο την εισπνοή και την εκπνοή του αέρα από τους πνεύμονες. Στη συνέχεια, η ανταλλαγή αερίων μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος του αποκαλείται "αναπνοή" - κατανάλωση οξυγόνου και απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα. Περαιτέρω διεξοδικές μελέτες έχουν δείξει ότι η αναπνοή είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων που λαμβάνει χώρα σε κάθε κύτταρο ενός ζωντανού οργανισμού με την υποχρεωτική συμμετοχή βιολογικών καταλυτών - ενζύμων.

Η οργανική ύλη, πριν μετατραπεί σε «καύσιμο» που δίνει ενέργεια στο κύτταρο και στο σώμα ως σύνολο, πρέπει να υποβληθεί σε σωστή επεξεργασία με ένζυμα. Αυτή η επεξεργασία συνίσταται στην διάσπαση μεγάλων μορίων βιοπολυμερών - πρωτεϊνών, λιπών, πολυσακχαριτών (αμύλου και γλυκογόνου) - σε μονομερή. Έτσι επιτυγχάνεται μια ορισμένη καθολικότητα του θρεπτικού υλικού.

Έτσι, αντί των πολλών εκατοντάδων διαφορετικών πολυμερών, όπως τα τρόφιμα, σχηματίζονται αρκετές δεκάδες μονομερή - αμινοξέα, λιπαρά οξέα, γλυκερόλη και γλυκόζη στα έντερα των ζώων, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται σε κύτταρα ιστών ζώων και ανθρώπων μέσω των οδών αίματος και λεμφικών οδών. Τα κύτταρα αυτά είναι περισσότερο οικουμενικά αυτών των ουσιών. Όλα τα μονομερή μετασχηματίζονται σε απλούστερα μόρια καρβοξυ αλυσίδας καρβοξυλικού οξέος που περιέχουν από δύο έως έξι άτομα. Εάν υπάρχουν αρκετές δεκάδες μονομερή, είκοσι από αυτά είναι αμινοξέα, τότε υπάρχουν μόνο δέκα καρβοξυλικά οξέα. Έτσι, η ιδιαιτερότητα των θρεπτικών ουσιών χάνεται τελικά.

Αλλά τα καρβοξυλικά οξέα είναι μόνο πρόδρομα του υλικού, το οποίο μπορεί να ονομαστεί "βιολογικό καύσιμο". Οι ίδιοι δεν μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν στις ενεργειακές διεργασίες του κυττάρου. Το επόμενο στάδιο της καθολικότητας είναι η απομάκρυνση του υδρογόνου από τα καρβοξυλικά οξέα. Αυτό παράγει διοξείδιο του άνθρακα (CO 2), το οποίο εκπνέει το σώμα. Το άτομο υδρογόνου περιέχει ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο. Για την ενέργεια του κυττάρου και του οργανισμού στο σύνολό του (βιοενέργεια), ο ρόλος αυτών των συστατικών του ατόμου δεν είναι καθόλου ισοδύναμος. Η ενέργεια που περικλείεται στον ατομικό πυρήνα δεν είναι προσβάσιμη στο κύτταρο. Ο μετασχηματισμός του ηλεκτρονίου στο άτομο υδρογόνου συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας, η οποία χρησιμοποιείται στις διαδικασίες ζωής του κυττάρου. Ως εκ τούτου, η απελευθέρωση του ηλεκτρονίου τελειώνει το τελευταίο στάδιο της καθολικότητας του βιοκαυσίμου. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ιδιαιτερότητα των οργανικών ουσιών, των συστατικών τους και των καρβοξυλικών οξέων δεν έχει σημασία, διότι όλα τελικά οδηγούν στο σχηματισμό ενός φορέα ενέργειας - ενός ηλεκτρονίου.

Το διεγερμένο ηλεκτρόνιο συνδυάζεται με οξυγόνο. Έχοντας λάβει δύο ηλεκτρόνια, το οξυγόνο φορτίζεται αρνητικά, προσθέτει δύο πρωτόνια και σχηματίζει νερό. Αυτή είναι η πράξη της κυτταρικής αναπνοής.

Οξείδωση οργανικών ουσιών στα κύτταρα λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια, το οποίο, όπως έχει ήδη επισημανθεί και σε προηγούμενες βιβλιαράκι διαδραματίζουν δυναμό ρόλο ο οποίος μετατρέπει την ενέργεια της καύσης των υδατανθράκων και των λιπών σε ενέργεια της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ).

Οξείδωση στο σώμα είναι κυρίως υδατάνθρακες. Οι αρχικές και τελικές διεργασίες οξείδωσης των υδατανθράκων μπορούν να εκφραστούν με τον ακόλουθο τύπο: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O + ενέργεια.

Σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, η διαδικασία αναπνοής είναι βασικά η ίδια: η βιολογική της σημασία και στις δύο περιπτώσεις συνίσταται στη λήψη ενέργειας από κάθε κύτταρο ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των οργανικών ουσιών. Το ΑΤΡ που σχηματίζεται σε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιείται ως συσσωρευτής ενέργειας. Είναι με αυτή την μπαταρία ότι η ανάγκη για ενέργεια συμπληρώνεται, ανεξάρτητα από το πού βρίσκεται στα κύτταρα οποιουδήποτε οργανισμού.

Στη διαδικασία αναπνοής, τα φυτά καταναλώνουν οξυγόνο με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως τα ζώα και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Στα ζώα και στα φυτά, η αναπνοή είναι συνεχής μέρα και νύχτα. Η διακοπή της αναπνοής, για παράδειγμα, σταματώντας την πρόσβαση του οξυγόνου, οδηγεί αναπόφευκτα σε θάνατο, αφού η ζωτική δραστηριότητα των κυττάρων δεν μπορεί να διατηρηθεί χωρίς συνεχή χρήση ενέργειας. Σε όλα τα ζώα, εκτός από τα μικροσκοπικά μικρά, το οξυγόνο δεν μπορεί να είναι σε επαρκείς ποσότητες απευθείας στα κύτταρα και τους ιστούς του αέρα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ανταλλαγή αερίου με το περιβάλλον γίνεται με τη χρήση ειδικών οργάνων (τραχεία, βράγχια και πνεύμονες). Στα σπονδυλωτά, η παροχή οξυγόνου σε κάθε μεμονωμένο κύτταρο συμβαίνει μέσω του αίματος και παρέχεται από την εργασία της καρδιάς και ολόκληρου του κυκλοφορικού συστήματος. Η πολυπλοκότητα της ανταλλαγής αερίων στα ζώα για μεγάλο χρονικό διάστημα μας εμπόδισε να βρούμε την πραγματική ουσία και τη σημασία της αναπνοής των ιστών. Οι επιστήμονες του αιώνα μας κατέβαλαν πολλές προσπάθειες για να αποδείξουν ότι η οξείδωση δεν γίνεται στους πνεύμονες και όχι στο αίμα, αλλά σε κάθε ζωντανό κύτταρο.

Σε έναν φυτικό οργανισμό, οι μηχανισμοί ανταλλαγής αερίων είναι πολύ απλούστεροι από ό, τι στα ζώα. Το οξυγόνο του αέρα διεισδύει σε κάθε φύλλο των φυτών μέσα από ειδικά ανοίγματα - τα στομάχια. Η ανταλλαγή αερίων στα φυτά πραγματοποιείται σε ολόκληρη την επιφάνεια του σώματος και συνδέεται με την κίνηση του νερού μέσω των αγγειακών δεσμών.

Οι οργανισμοί των οποίων η οξείδωση συμβαίνει λόγω του ελεύθερου οξυγόνου (ατμοσφαιρικού ή διαλυμένου σε νερό) ονομάζονται, όπως προαναφέρθηκε, αερόβια. Αυτός ο τύπος ανταλλαγής είναι χαρακτηριστικός της μεγάλης πλειοψηφίας φυτών και ζώων.

Όλα τα ζωντανά πλάσματα στη Γη στη διαδικασία αναπνοής ετησίως οξειδώνουν δισεκατομμύρια τόνους οργανικής ύλης. Ταυτόχρονα απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία χρησιμοποιείται σε όλες τις εκδηλώσεις της ζωής.

Οι γάλλοι επιστήμονες L. Pasteur τον περασμένο αιώνα έδειξαν τη δυνατότητα ανάπτυξης ορισμένων μικροοργανισμών σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, δηλαδή "ζωή χωρίς αέρα". Η οξείδωση των οργανικών ουσιών χωρίς οξυγόνο ονομάζεται ζύμωση και οι οργανισμοί που είναι ικανοί για ενεργό ζωή σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο ονομάζονται αναερόβιες. Έτσι, η ζύμωση είναι μια μορφή διασποράς στον αναερόβιο τύπο ανταλλαγής.

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, σε αντίθεση με την αναπνοή, οι οργανικές ουσίες δεν οξειδώνονται στα τελικά προϊόντα (CO 2 και H 2 O), αλλά σχηματίζονται ενδιάμεσες ενώσεις. Η ενέργεια που περιέχεται στις οργανικές ουσίες δεν απελευθερώνεται όλα, μέρος της παραμένει στις ενδιάμεσες ουσίες ζύμωσης.

Η ζύμωση, όπως και η αναπνοή, πραγματοποιείται μέσα από μια σειρά σύνθετων χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, τα τελικά αποτελέσματα της αλκοολικής ζύμωσης αντιπροσωπεύονται από τον ακόλουθο τύπο: C6H12O6 = 2CO2 + 2C2H5OH + 25 kcal / g mol.

Ως αποτέλεσμα της αλκοολικής ζύμωσης, ένα μερικό προϊόν οξείδωσης - αιθυλική αλκοόλη - σχηματίζεται από τη ζάχαρη (γλυκόζη) και μόνο ένα μικρό μέρος της ενέργειας που περιέχεται στους υδατάνθρακες απελευθερώνεται.

Ένα παράδειγμα αναερόβιων οργανισμών μπορεί να χρησιμεύσει ως μύκητες ζύμης, οι οποίοι λαμβάνουν ενέργεια για ζωή, αφομοιώνοντας τους υδατάνθρακες και υποβάλλοντάς τους σε αλκοολική ζύμωση κατά τη διαδικασία της διασποράς. Πολλοί αναερόβιοι μικροοργανισμοί διασπούν υδατάνθρακες σε γαλακτικό, βουτυρικό, οξικό οξύ και άλλα προϊόντα με ατελή οξείδωση. Ορισμένοι τύποι βακτηριδίων μπορούν να χρησιμοποιήσουν ως πηγή ενέργειας όχι μόνο τα σάκχαρα, τα αμινοξέα και τα λίπη, αλλά και τα προϊόντα έκκρισης ζώων, όπως η ουρία και το ουρικό οξύ, που περιέχονται στα ούρα και οι ουσίες που συνιστούν τα περιττώματα. Ακόμα και η πενικιλίνη, η οποία σκοτώνει πολλά βακτήρια, χρησιμοποιείται από ένα είδος βακτηρίων ως θρεπτικό συστατικό.

Έτσι, κατά τη διαδικασία της σύνθεσης οργανικών ενώσεων, είναι σαν να «διατηρούνται» σε αυτά ή να αποθηκεύουν την ενέργεια των χημικών δεσμών που δαπανώνται για τη σύνθεσή τους. Απελευθερώνεται πάλι κατά την αντίστροφη διαδικασία αποσύνθεσης οργανικών ουσιών. Όσον αφορά την ενέργεια, τα ζωντανά όντα είναι, όπως ήδη αναφέρθηκε, ανοιχτά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζονται ενέργεια από το εξωτερικό σε μορφή που να επιτρέπει τη χρήση του για εργασία που είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τις εκδηλώσεις της ζωής και την απελευθέρωση της ίδιας ενέργειας στο περιβάλλον, αλλά σε μια εξασθενημένη μορφή, για παράδειγμα, με τη μορφή θερμότητας, περιβάλλοντος. Λόγω των συνεχών διαδικασιών σύνθεσης και αποσύνθεσης, αφομοίωσης και διαλυτοποίησης στα έμβια όντα, υπάρχει μια σταθερή κυκλοφορία των ουσιών και ο μετασχηματισμός της ενέργειας. Ποια ποσότητα ενέργειας απορροφήθηκε, όσο απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της εξαφάνισης. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της εξαφάνισης διεξάγει διαδικασίες που χαρακτηρίζουν την ουσία της ζωής και όλες τις εκδηλώσεις της.

<<< Назад

Προώθηση \u003e\u003e\u003e