Oksidimi i përbërjeve inorganike të squfurit. Oksidimi i lëndës organike - baza e jetës
Reaksionet e reduktimit të oksidimit që përfshijnë substanca organike, varietetet e tyre, përkufizimi i produkteve
Të gjitha IAD në organikë mund të ndahen në 3 grupe:
Hapje e plotë dhe djegie
Oksidimi i butë
Oksidimi shkatërrues
1. Hapje e plotë dhe djegie. Oksigjeni (substanca të tjera që mbështesin djegien, siç janë oksidet e azotit), acid nitrik i koncentruar dhe acid sulfurik mund të përdoren si oksidues, mund të përdoren kripëra të forta, kur nxehet, oksigjeni çlirohet (klorat, nitratet, permanganat etj.) , bakri (II) oksid). Në këto reagime vërehet shkatërrimi i të gjitha lidhjeve kimike në lëndën organike. Produktet e oksidimit të lëndës organike janë dioksidi i karbonit dhe uji.
2. Oxidation butëNë këtë rast, zinxhiri i karbonit nuk prishet. Oksidimi i alkoolit në aldehide dhe ketone, oksidimi i aldehideve ndaj acideve karboksilike, oksidimi i alkeneve në alkool dihidrik (reagimi i Wagnerit), oksidimi i acetilenit në oxalate të kaliumit, toluen në acid benzoik etj. Në këto raste, përdoren si agjentë oksidues solucione të holluara të permanganatit të kaliumit, dikromatit të kaliumit, acidit nitrik, solucionit të amoniakut të oksidit të argjendit, bakrit (II) oksidit, hidroksidit të bakrit (II).
3. oksidimi shkatërrues. Ndodh në kushte më të rënda sesa oksidimi i butë, i shoqëruar nga thyerja e disa lidhjeve karbon-karbon. Si agjentë oksidues, përdoren më shumë përqëndrime të permanganat kaliumit dhe dikromatit të kaliumit kur nxehen. Mesatarja e këtyre reaksioneve mund të jetë acid, neutral dhe alkalik. Produktet e reagimit do të varen nga kjo.
Shkatërrimi (thyerja e zinxhirit të karbonit)ndodh në alkene dhe alkine - në një lidhje të shumëfishtë, në derivatet e benzenit - midis atomeve të parë dhe të dytë të karbonit, nëse numëroni nga një unazë, në alkoolet terciare - në një atom që përmban një grup hidroksil, në ketone - në një atom me një grup karbonil.
Nëse gjatë shkatërrimitnjë fragment që përmban një atom karboni ka dalë jashtë, atëherë oksidohet në dioksid karboni (në një mjedis acid), bikarbonat dhe (ose) karbonat (në një mjedis neutral), karbonat (në një mjedis alkaline). Të gjitha fragmentet më të gjata konvertohen në acide (në një mjedis acidik) dhe kripërat e këtyre acideve (në një mjedis neutral dhe alkalik). Në disa raste, nuk janë acidet që merren, por ketonet (gjatë oksidimit të alkoolit terciar, radikalëve të degëzuar në homologët e benzenit, në ketone, në alkene).
Diagramet e mëposhtme paraqesin mundësitë e mundshme për oksidimin e derivateve të benzenit në një mjedis acid dhe alkalik. Ngjyra të ndryshme theksuan atomet e karbonit të përfshirë në procesin redox. Theksimi ju lejon të gjurmoni "fatin" e secilit atom të karbonit.
Oksidimi i derivateve të benzenit në një mjedis acid
oksidim - është procesi i rrotullimit elektron nga një atom, molekulë ose jon, i shoqëruar nga një rritje në shkallën e oksidimit. Por, pas këtij përkufizimi, shumë reagime organike mund t'i atribuohen reaksioneve të oksidimit, për shembull:
dehidrogjenizimi i komponimeve alifatike që çojnë në formimin e lidhjeve të dyfishta karbon-karbon:
(shkalla e oksidimit të atomit të karbonit, nga i cili shkon hidrogjeni, ndryshon nga -2 në -1),
reagimet e zëvendësimit të alkanit:
(gjendja e oksidimit të një atomi të karbonit ndryshon nga -4 në -3),
bashkimi i reaksioneve të halogjenëve në një lidhje të shumëfishtë:
(shkalla e oksidimit të atomit të karbonit ndryshon nga -1 në 0) dhe shumë reagime të tjera.
Megjithëse formalisht këto reaksione janë të lidhura me reaksionet e oksidimit, megjithatë, në kimi organike, tradicionalisht oksidim është përcaktuar si proces me të cilin, si rezultat i transformimit të një grupi funksional, një përbërje kalon nga një kategori në një më të lartë:
alkene ® alkaloid ® aldehyde (ketone) ® acid karboksilik.
Shumica e reaksioneve të oksidimit përfshijnë futjen e një atomi oksigjeni në një molekulë ose formimin e një lidhje të dyfishtë me një atom oksigjeni ekzistues për shkak të humbjes së atomeve të hidrogjenit.
Dhe çfarë lloj komponimesh janë në gjendje të japin oksigjen ndaj substancave organike?
Agjentët oksidues
Për oksidimin e substancave organike përdoren zakonisht komponimet e metaleve të tranzicionit, oksigjenit, ozonit, peroksidet dhe komponimet e squfurit, selen, jodit, azotit dhe të tjerëve.
Nga agjentët oksidues bazuar në meta të tranzicionit përdoren preferohet komponimet e kromit (VI) dhe mangan (VII), (VI) dhe (IV).
Komponimet më të zakonshme të kromit (VI) janë një zgjidhje e kromit K 2 Cr 2 O 7 në acid sulfurik, një zgjidhje e trioksidit të kromit CrO 3 në acid sulfurik të holluar ( reagens Johnson), një kompleks i trioksidit të kromit me piridin dhe reagent Saretta - CrO 3 kompleksi me piridin dhe HCl (klorid kromatik pyridinium).
Kur materia organike oksidohet, kromi (VI) në çdo medium zvogëlohet në krom (III), megjithatë, oksidimi në një substancë alkaline në kimi organike nuk gjen zbatim praktik.
Permanganat Kalium KMnO 4 në mjedise të ndryshme shfaq vetitë e ndryshme oksidative, ndërsa forca e oksiduesit rritet në një mjedis acid:
Kantoni manganate K 2 MnO 4 dhe mangani (IV) oksid MnO2 tregojnë vetitë e oksidimit vetëm në një mjedis acid.
Hidroksid bakri (II) përdoret zakonisht për të oksiduar aldehidet. Reagimi kryhet me ngrohje, në të njëjtën kohë hidroksid blu i bakrit (II) kthehet së pari në hidroksid bakri (I) me ngjyrë të verdhë, e cila pastaj dekompozohet në oksid bakri të kuq (I). Një solucion amoniak i hidroksidit të argjendit përdoret gjithashtu si një agjent oksidues për aldehidet ( reaksion pasqyrë argjendi)
I. Përcaktimi i shkallës së oksidimit në substancat organike.
Metoda algjebrike
Në substancat organike, është e mundur të përcaktohet shkalla e oksidimit të elementeve. metoda algjebrike, rezulton shkalla mesatare e oksidimit. Kjo metodë është më e zbatueshme nëse të gjithë atomet e karbonit të substancës organike në fund të reagimit kanë fituar të njëjtën shkallë oksidimi (reaksion djegieje ose oksidimi i plotë)
konsideroni:
Shembulli 1. Ndërthurja e acidit sulfurik të saharozës me oksidim të mëtejshëm:
C 12 H 22 O 11 + H 2 SO 4 CO 2 + H 2 O + SO 2
Gjeni shkallën e oksidimit të karbonit në saharozë: 0
Në bilancin elektronik marrin parasysh të gjitha 12 atomet e karbonit:
12C 0 - 48 e ® 12C +4 48 1
oksidim
S +6 + 2 e ®S +4 2 24
shërim
C12H22O11 + 24 H 2 SO 4 ® 12CO 2 + 35H 2 O + 24 SO 2
Në shumicën e rasteve, jo të gjithë atomet e lëndëve organike nënshtrohen oksidimit, por vetëm disa. Në këtë rast, vetëm atomet që ndryshojnë shkallën e oksidimit futen në balancën e elektronit, prandaj është e nevojshme të dihet shkalla e oksidimit të secilit atom.
2.metoda grafik:
1) përshkruhet formula e plotë strukturore e substancës;
2) për çdo lidhje, shigjeta tregon zhvendosjen e elektronit në elementin më elektronronegativ;
3) të gjitha lidhjet C-C konsiderohen jo-polare;
Grupi i karboksil grupit kalon 3 elektrona nga vetja, gjendja e oksidimit është +3, karboni metil tërheq 3 elektronet nga hidrogjeni, dhe gjendja e oksidimit të tij është 3.
Karboni i grupit aldehyde jep 2 elektron (+2) dhe tërheq 1 elektron në vetvete (- 1), për një shkallë totale të oksidimit të karbonit të grupit aldehydi +1. Karboni i radikalit tërheq 2 elektronet nga hidrogjeni (-2) dhe jep 1 elektron në klor (+1), për një gjendje oksidimi total të këtij karbonit -1.
N ї С ≡ С Н
Detyra 1. Përcaktoni shkallën mesatare të oksidimit të atomeve të karbonit me metodën algjebrike dhe shkallën e oksidimit të secilit atom të karbonit me anë të metodës grafike në përbërjet e mëposhtme:
1) 2-aminopropan 2) glicerinë 3) 1,2-diklorpropan 4) alaninë
Metil fenil keton
Ky proces kryhet kryesisht nga tri grupe mikroorganizmash: baktere fotosintetike (vjollcë dhe jeshile), vetë bakteret e squfurit, bakteret tionane.
Relativisht kohët e fundit zbuloi se disa baktere heterotrophic ju. mesentericus, ti. subtilis, actinomycetes, kërpudhat dhe maja janë gjithashtu të aftë për të oksiduar squfur në praninë e lëndës organike, por ky proces anësor është i ngadalshëm dhe energjia e lëshuar gjatë oksidimit nuk përdoret prej tyre.
Bakteret fotosintetike - mikroorganizmat prokaryotikë të purpurt dhe të gjelbër, jetojnë kryesisht në trupat e ujit dhe kryejnë "fotosintezën anaerobike" pa lirimin e oksigjenit molekular. Të gjitha bakteret fototrofike në përcaktimin Bergie kombinohen në rendin e Rhodospirillales në bazë të aftësisë së tyre për fotosintezën anaerobe; ka dy suborder: Rhodospirillineae - purple (rodobacterium), Chlorobiineae - chlorobacterium (bakteret e gjelbra). Shumica e baktereve fotosinteze janë anaerobe dhe fototrofë të rreptë, edhe pse midis baktereve të purpurta dhe të gjelbra ka lloje që mund të rriten heterotrofikisht në errësirë për shkak të frymëmarrjes. Si një dhurues hidrogjeni gjatë fotosintezës, bakteret përdorin komponimet e squfurit të reduktuara, hidrogjenin molekular dhe disa lloje - komponimet organike.
Më të studiuarat nga rendi i familjes Chromatiaceae të rhodobacteriumit, gjini Chromatium - bakteret purpurore të squfurit. Përfaqësuesit e këtyre të fundit janë ovale ose shufra, kanë lëvizshmëri për shkak të flamurit polar; ata janë të detyrueshëm organizmave anaerobik photolithotrophic, oxidize sulfide hidrogjen rradhazi në S0 dhe më tej të SO4 2-. Ndonjëherë globulet e squfurit depozitohen në qelizat e tyre, të cilat gradualisht kthehen në sulfate të lëshuara jashtë.
Ndër bakteret e sulfurit të gjelbër, përfaqësuesit e gjinisë Chlorobium janë studiuar mirë. Këto janë forma kryesisht shufra dhe vibruese, shumëzuar me ndarje, shpesh të rrethuar nga kapsula mukoze, anaerobe të rrepta dhe photolithotroph detyruese. Shumë prej tyre sjellin oksidimin e squfurit vetëm në fazën e squfurit të lirë. Squfuri thelbësor është shpesh depozituar jashtë qelizave, por squfuri nuk grumbullohet në vetë qelizat.
Bakteret fotosintetike janë shpërndarë gjerësisht në trupat e ujit; zakonisht jetojnë në një mjedis që përmban sulfid hidrogjeni (pellgje, laguna detare, liqene, etj) dhe të mbajë përqendrimin e lartë. Në tokë, këto baktere nuk luajnë një rol të rëndësishëm, ndërsa në rezervuarë aktiviteti i tyre është i një rëndësie të madhe.
Bakteret e squfurit - Ekipi i gjerë i mikroorganizmave të pangjyrë, që zhvillohet në praninë e sulfidit të hidrogjenit, depërton në brendësi të qelizave squfuri. Studimet e para të këtij grupi bakteresh u kryen nga S. N. Vinogradsky në 1887, 1888. Duke zbatuar metodën origjinale të mikrokulturës, e cila lejon ndryshimin e mjedisit dhe vëzhgimin e një objekti të gjallë për një kohë të gjatë, Vinogradsky zbuloi se squfuri i depozituar në qelizat Beggiatoa (një përfaqësues tipik i baktereve të squfurit) është formuar nga sulfidi i hidrogjenit dhe mund të oksidohet nga ky mikroorganizëm në acid sulfurik. Në të njëjtën kohë, ai së pari propozoi konceptin e ekzistencës së kemosintezës në baktere (në veçanti, në ato filamentoze); ato mund të rriten në mungesë të përbërjeve organike dhe procesi i oksidimit të squfurit inorganik shërben si burim energjie i frymëmarrjes për ta. Megjithatë, prania e kemoautotrofisë në shumicën e baktereve të squfurit pa ngjyrë është ende e paarsyeshme, pasi është e mundur që këto të izolohen në kulturë të pastër: edhe pse mikroorganizmat kanë sukses, ata nuk janë plotësisht të sigurtë se shtamet e izoluara kanë të njëjtën fiziologji si ato të vërejtura në natyrë. Karakteristika e dhënë për serobakteret nga S. N. Vinogradsky (1888) mbetet praktikisht e pandryshuar për momentin.
Bakteret e pangjyrë squfur përfaqësojnë një grup heterogjen me një veçori të përbashkët - aftësinë për të depozituar squfur në qeliza. Sistematika e këtyre organizmave zhvillohet vetëm në nivelin e gjinisë; jo të gjithë mund të konsiderohen të vendosura mirë. GA Zavarzin (1972), sipas veçorive morfologjike, dallon midis tyre forma: filamente, me një qelizë me qeliza të mëdha dhe me qeliza të vetme me ato më të vogla.
Bakteret filamentike i përkasin pesë gjinive; më të njohurat prej tyre janë Beggiatoa, Thiothrix dhe Thioploca.
Beggiatoa gjini përfaqësohet nga organizma të pangjyrë filamente që formojnë trichomes, të ngjashme me trichomes algal në strukturë, por ndryshe nga këto të fundit, ato përmbajnë inclusions e squfurit. Trichomes nuk lidhen kurrë me substratin, kanë lëvizshmëri për shkak të mukusit të formuar dhe gjenden në ujërat e ulëta me përmbajtje të ulët të sulfidit të hidrogjenit, i përkasin mikroaerofilëve. Në sipërfaqen e llumit në trupat e ujit, në vendet e tyre të akumulimit, ata formojnë njolla të mëdha të bardha ose një rrjetë delikate të bardhë. Të gjitha llojet e këtij lloji oksidojnë sulfid hidrogjen dhe sulfide në sulfur elemental, i cili depozitohet brenda qelizave, dhe në rast të mungesës së sulfidit të hidrogjenit ose sulfidit - në mjedisin e jashtëm. Sulfuri i depozituar brenda qelizave oksidohet në acid sulfurik dhe lirohet. Kur kombinohet me metale formohen sulfate.
Përfaqësuesit e Thiothrix gjini janë shumë të ngjashme në strukturën e baktereve të squfurit të Beggiatoa gjini, por dallojnë nga kjo e fundit në atë që ata të bashkëngjitni veten në substrate me një disk mukozë të veçantë, zakonisht gjendet në ujërat e sulfideve me shpejtësi rrjedhëse. Fijet e tyre shfaqen të zeza për shkak të akumulimit të madh të squfurit të depozituar. Thiothrix jep fouling off-bardhë në objekte nënujore në një mjedis celular. Tufat e thioplasës gjenden në shumë trupa të ujit, në shtresat e sipërme të llumit; të vendosura vertikalisht, kalojnë horizontet e oksidimit dhe zvogëlimit, duke lëvizur vazhdimisht lart dhe poshtë derisa uji lëviz në oksigjen, pastaj në mes të sulfidit të poshtme të hidrogjenit. Në kapsulën e tyre mukoze të trasha, të mbuluara jashtë me pjesë të detrit, janë trichomes të ndërthurura (ato mund të jenë nga 1 në 20). Bakteret Thioploca u izoluan nga llumet detare të pasura me kalcium dhe skuqjen e ujërave të ëmbla.
Serobakteret unicellulare me qeliza të mëdha përfaqësohen nga tre gjini: Achromatium, Thiovulum dhe Macronionas: madhësia e qelizave në të gjitha llojet - 10-40 mikronë; shumohen me ndarje ose shtrëngim; forma e qelizave janë ovale dhe cilindrike. Përveç pikat e squfurit, qelizat shpesh përmbajnë karbonat kalciumi.
Format unicellulare me qeliza të vogla kombinohen në dy lloje: Thiospira dhe Thiobacterium. Thiospira është studiuar pak. Gjini Thiobacterium përfshin tre lloje. Këto shkopa të vogla të fiksuara, të rrethuara nga kapsula mukoze, janë të afta të formojnë një zoogel; squfuri në qeliza nuk depozitohet në të gjitha llojet.
Bakteret e pangjyra të squfurit - mikroorganizmat tipikë ujor, janë të zakonshëm në trupat e ujit, ku sulfidi i hidrogjenit është së paku i formuar keq. Të gjithë janë microaerophiles, shumë të ndjeshëm ndaj përqendrimit të sulfidit të hidrogjenit: në një medium të ngopur me sulfid hidrogjeni, ata vdesin shpejt, në një përqendrim më të vogël se 40 mg / l, ato zhvillohen më madhështore.
Kushtet optimale për to krijohen në sistemet jo-ekuilibrore, ku sulfidi i hidrogjenit akumulon ngadalë dhe ka një bazë alkaline ose afër mesatares së rrjedhës neutrale. Në mesin e baktereve të pangjyra të sulfurit ka rritje edhe në temperaturë të ulët dhe në temperaturë të lartë - deri në 50 ° C (në burimet termike). Ata mund të përballojnë përqëndrime të larta të kripës dhe të zhvillohen në baltën e zezë të liqeneve të kripura, në një zgjidhje kripore pothuajse të ngopur. Ata janë ende më të zakonshmet në ujërat e freskëta.
Akumulimet masive të baktereve të squfurit mund të gjenden në pellgje në sipërfaqen e llumit, prandaj sulfidi i hidrogjenit i lëshuar në llum oksidizon dhe nuk helmon masën e ujit. Në rastin e ndotjes së masës së ujit me sulfid hidrogjeni, bakteret mund të formojnë në një thellësi ose në një tjetër një të ashtuquajtur "pllakë bakteriale" ose film, mbi të cilin nuk ka sulfid hidrogjeni dhe më poshtë - oksigjen. Për shembull, në Detin e Zi, një film i tillë ndodhet në një thellësi prej 200 m dhe ndalon hyrjen e sulfidit të hidrogjenit mbi këtë nivel. Bakteret e squfurit që banojnë në kufirin e zonave aerobe dhe anaerobe janë në një lëvizje kaotike, të pandërprerë: duke shkuar poshtë prapa sulfidit të hidrogjenit, duke shkuar pas oksigjenit. Ata e oksidojnë sulfidin e hidrogjenit në sulfur elemental dhe marrin energjinë e nevojshme për sintezën e substancave organike. Nga chemosynthetic, për shkak të oksidimit të 25 g H 2 S / m 2, mund të asimilohen 8 g s / m 2 në vit (Sorokin, 1970). Pas zhytjes, trupat mikrobialë të pasuruar me sulfur elemental janë zhytur në zonën e sulfurit të hidrogjenit, pjesërisht arrijnë pjesën e poshtme, ku me pjesëmarrjen e baktereve të desulfurizimit shpërbëhen, squfuri rivendoset përsëri në sulfur hidrogjeni. Supozohet se në trashësinë e ujit të detit në shtresën kufitare (O 2 dhe H 2 S) faza e parë e oksidimit të sulfidit të hidrogjenit kryhet me mjete kimike (Skopindev, 1973).
Bakteret e squfurit shpesh koncentrohen në sasi të mëdha në burimet e sulfideve të hidrogjenit.
Pjesëmarrja e baktereve të squfurit në ciklin e squfurit është ndoshta i parëndësishëm, megjithëse roli i tyre në parandalimin e helmimit të sulfidit të hidrogjenit nga shtresat e ujit dhe efekti mbi migrimin dhe depozitimin e metaleve duket të jetë i rëndësishëm.
Roli kryesor në oksidimin e squfurit u jepet baktereve tionike.
Bakteret Thionik - Një grup i vetëm morfologjik dhe biokimik i mikroorganizmave që gjenden në tokë, në organet e freskëta dhe ujërat e kripura, në depozitat e squfurit dhe në shkëmbinj. Bakteret Thionik marrin energji përmes oksidimit të përbërjeve të squfurit të reduktuara nga mineralet, siç janë sulfidi i hidrogjenit, sulfidet, sulfiti, thiosulfati, tetrathionati, thiocianati, dithioniti, si dhe squfuri molekular. Squfuri i formuar si produkt i ndërmjetëm është depozituar jashtë qelizave. Si një pranues elektron, ata përdorin oksigjen pa pagesë, dhe disa lloje - oksigjen nitrat. Sipas llojit të të ushqyerit, bakteret tionane mund të ndahen në grupe: autotrophs, mixotrophs, dhe lithoterotrophs. Shumica e baktereve njerzore jane aerobe, megjithese jane te njohura anaerobe facultative, si Th. denitrifisans. Varësisht nga habitati, ata sillen ndryshe: në kushte aerobe, ata kryejnë një proces me pjesëmarrjen e oksigjenit molekular, në anaerobe ato kalojnë në denitrifikim dhe reduktojnë nitratet në azot molekulare. Katër gjenerata të baktereve tionike janë të njohura: Thiobacillus - shufra-formë, lëvizëse; Thiomicrospira - spirale, mobile; Thiodendron - mikrokoloniet e qelizave ovale ose spirale të lidhura me anë të gjethave ose hifave të degëzimit. Sulfolobus - lobed, me një mur qelizash të reduktuar. Meqenëse bakteret e gjinisë Thiobacillus, që janë të përhapura në ekosistemet tokësore dhe ujore, janë veçanërisht aktivë në ciklin e squfurit, ato kryesisht janë studiuar.
Në lidhje me aciditetin e mjedisit, thiobacilet ndahen në dy grupe: ato që rriten në kushte neutrale ose alkaline (pH 6-9) dhe ato që rriten në kushte acide (acidophilic). Për thiobacillus të grupit 1, vlera optimale e pH është në rangun 6-9; speciet e saj janë: T. thioparus, T. denitrificans, T. novellus, T. thiocyanooxidans, T. neapolitanus. Ata të gjithë oksidojnë sulfid hidrogjen, squfur dhe thiosulfate. Konsideroni përfaqësuesit më të studiuar të këtij grupi.
T. thioparus është një baktere autotrofike e izoluar nga Beyerink (1904), zhvillon kur media është neutrale, lëvizëse (ka një flamurë polare), gram-negativ është në gjendje të oksidojë sulfid hidrogjen, jon hidrosulfid, dhe nga sulfide vetëm sulfide kalciumi. Produktet e oksidimit janë squfuri, polythionates (kryesisht tetrathionates) dhe acid sulfurik. Ajo mund të zhvillohet si një mikroaerophil dhe është shumë e paqëndrueshme ndaj aciditetit.
Kështu, akumulimi i squfurit elementar mund të ndodhë për shkak të: a) reduktimit të sulfateve nga desulfurizimi i baktereve; b) oksidimi i sulfidit të hidrogjenit nga bakteret tionik. Sulfuri thelbësor grumbullohet në fundin e baltë të liqeneve të njelmët dhe gjendet në fund të Detit Kaspik, ku formohet për shkak të oksidimit të sulfidit të hidrogjenit të lëshuar nga baltë.
Formimi i shumë depozitave të squfurit shoqërohet me aktivitetin oksidues të baktereve tionik. Depozitat sedimentare të squfurit përputhen gjeografikisht me shkëmbinjtë që mbajnë gipsi të Permanit, Kretës së Ulët, Paleogjenit, Neogjenit dhe ndodhen përgjatë kufijve të elementeve gjeostrukturore, të ngritura ose të zhytura. Shpesh i kufizuar në brachyanticlines me fushat e naftës, ku gurët zakonisht janë të fragmentuar, të plasaritur, harqet e anticlineve janë shkatërruar, gjë që lehtëson rrjedhën e sulfidit të hidrogjenit dhe ujë të ngopur në sipërfaqe. Këtu në mjedisin e oksigjenit, populluar mjaft me bakteret tionane, procesi i oksidimit të sulfidit të hidrogjenit me akumulimin e squfurit elementar. Të tilla janë depozitat në Azinë Qendrore: Gaurdak, Shorsu, kodrat sulfurike në Karakum.
T. thiocyanooxidans është në shumë mënyra të ngjashme me T. thioparus, por ndryshon në atë që oxidizes përveç sulfide hidrogjenit dhe rhodonite. Këto baktere gjenden (Happold, Kay, 1934) dhe izolohen në një kulturë të pastër (Happold, Johnston, Rogers, 1954). Morfologjikisht, T. thiocyanooxidans - shkopinj me një flamur polar, autotrofik, aerobic; për ta një ambient neutral është i favorshëm; prania e lëndës organike në një përqendrim prej më shumë se 1% pengon zhvillimin e tyre.
T. novellus - organizëm mixotrophic zbuluar dhe të izoluar nga tokës RL Starkey në vitin 1934, në gram, i palëvizshëm, rodlike, rritet edhe në media organike, por nën kushte të caktuara mund të kalojë nga heterotrophic autotrofe energjisë lloji.
Bakteri denionizues është një bacil i vogël, i padiskutueshëm, i lëvizshëm, i zbuluar fillimisht nga Beierinck: (1904) nën kushte anaerobe, oksidizon mjedisin dhe komponimet e tij inorganike në sulfate, njëkohësisht redukton nitratet në azot molekulare.
Në kushtet aerobe, reduktimi i nitrateve nuk ndodh, dhe bakteret përdorin oksigjen, ajër, si një agjent oksidues.
Grupi i mikroorganizmave që zhvillohen në një mjedis acidik përfshijnë: T. ferrooxidans, T. intermedius, T. thiooxidans. Vlera e pH prej 2-4 është optimale për ta, por ato mund të rriten me një pH prej 0,5 deri 7. Dy speciet e para nuk rriten në pH\u003e 5: T. thiooxidans është mikroorganizmi më acidophilic në natyrë, pasi ajo mban qëndrueshmëri në një pH prej rreth 0 .
T. thiooxidans - flagellum bacillus, i lëvizshëm, formon mukozë, autotrofi, u zbulua kur studioi dekompozimin e squfurit në tokë (Waxman, Ioffe, 1922). Në gjendje të oksidohet, siç është themeluar kohët e fundit, disa komponime organike të squfurit. Substrati kryesor i oksiduar nga ky organizëm është squfuri molekular dhe ndonjëherë thiosulfat, në kushte aerobike ky proces shkon në fazën e izolimit të acidit sulfurik. Energjia e oksidimit përdoret për absorbimin e dioksidit të karbonit. Aftësia e këtij lloji për të oksiduar sulfid hidrogjeni dhe komponimet e tjera nuk është sqaruar përfundimisht, pasi këto komponime janë të paqëndrueshme në një mjedis acid.
(Coiner, Hinkle, 1947), një shkop i vogël me një flamur polar, i lëvizshëm, nuk formon një spore, nuk njollos me Gram, riprodhohet sipas ndarjes, me kemolitotrof, pH 1,7-3,5 - në mënyrë optimale, aerobike. Ajo zë një pozicion të veçantë në mesin e thiobacteria, pasi aftësia për rritjen autotrofike është shkaktuar jo vetëm nga energjia e fituar nga oksidimi i përbërjeve të squfurit, por edhe nga oksido hekuri i lëshuar gjatë oksidimit të oksidit. Që nga jon është Fe 2+ në pH<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).
T. ferrooxidans karakterizohet nga rezistenca e lartë ndaj përqendrimeve të metaleve të rënda: ajo përballon një solucion 5% të sulfatit të bakrit, një përqendrim Cu prej 2 g / l ose arsenik 1 g / l, zhvillohet me doza të vogla të azotit, fosforit dhe ajrosjes së lehtë, prandaj jeton në zonën oksidimi i depozitave të sulfideve. Hekuri i oksiduar në një mjedis acid nuk formon asnjë strukturë të formuar dhe qelizat e baktereve janë pothuajse gjithmonë të lira. Bakteret oksidohet squfuri elemental, sulfide, tiosulfate, tetrathionite, hidrosulfide. Në depozitat e sulfurit kryen një funksion të dyfishtë: oksidizon squfurin e sulfateve ndaj acidit sulfurik, i cili nga ana e saj shpërndan hidroksidet e hekurit, formohet sulfati i hekurit të sulfurit, ky i fundit, duke reaguar me sulfide, kontribuon (për shkak të reduktimit të hekurit) në oksidimin kimik të sulfurit bivalent që është pjesë e sulfideve, deri në gjashtëvjeçar.
Disa thiobacteria mund të ndryshket minerale të ndryshme sulfide (Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Si), për të marrë pjesë në ndryshimin e shteteve valencë e uraniumit dhe vanadium, për t'i bërë ballë përqendrime të larta të metaleve në zgjidhje të zhvilluar sulfat bakri në një koncentrim prej deri në 6%. Shkalla e aktivitetit të këtyre organizmave është mbresëlënëse. Pra, për një ditë, nga depozita Degtyarskoe u hoqën 6115 kg bakri dhe 1706 kg zinku (Kravaiko et al., 1967). Shumë baktere gjenden në mineralet e xeheve dhe marrin, për shkak të oksidimit të tyre, energjinë e nevojshme për asimilimin e dioksidit të karbonit. Bakteret Thionik, që i atribuohen gjinisë T. ferrooxidans, gjenden në të gjitha depozitat e antinomit. Ata e oksidohet antimoniti në kushte acide të mjedisit (në prani të pirit). Nën kushte neutrale dhe të dobëta alkaline, bakteret e tjera, T. denitrificans, mund të përshpejtojnë oksidimin e antimonitit. Në fazën e parë, oksidimi i squfurit të antimonit ndodh nën ndikimin e T. ferrooxidans ose thiobacillë të tjerë; sulfoni i antimonit është i paqëndrueshëm dhe hidrolizon Sb2; Formohet peroksidi i antinomit, senarmoniti minerar. Oksidimi i antimonit trivalent në okside më të larta të Sb 5+ ndodh kur ekspozohet ndaj mikroorganizmit autotrofik Stibiobacter senarmontii, për të cilin mjedisi neutral është më i favorshëm. Mikroorganizmi chebosynthesizing oxidizing senarmonite - Stibiobacter gen. nov.: minerali i grupit të stibiconit (Lyalikova, 1972).
Bakteret heterotrofike janë të përhapura në depozitat e mineraleve, aktiviteti gjeokimik i të cilave është ende shumë i dobët. Megjithatë, është vërtetuar se disa prej tyre (Pseudomonas denitrificans, P. fluorescens), të izoluara nga xeherorët e sulfurit, janë oksiduar. Nëse ata mund të përdorin energjinë e oksidimit të komponimeve të reduktuara të squfurit, ende nuk është e qartë. Natyrisht, aktiviteti i tyre shoqërohet me formimin e acideve organike që mund të treten mineralet.
Kështu, nuk është një medium acid sulfurik, sulfides zëvendësohet sulfateve janë erozion sulfurik acid, njëkohësisht shkatërruar gur minerale ore-duke, ato zëvendësohen nga mineralet dytësore në zonën e oksidimit të depozitave sulfur - jarosit, goetit, anglesite, antlerite, digenite etj Mbi të trupit të oksiduar mineralit në formimin e madhe. Shkalla e oksideve të hekurit formohet nga i ashtuquajturi "kapelë hekuri". Nëse shkëmbinjtë pritës janë karbonat, atëherë kur ekspozohen ndaj acidit sulfurik, formohet një sasi e madhe gipsi, neutralizohet acidit sulfurik. Nëse gurët nuk janë karbonat, atëherë ujërat agresive të sulfatit heqin metalet alkaline dhe alkaline, metalet e rënda të grupit të hekurit dhe të tjerët nga akuiferet në formë sulfate; formohen zona të zbardhura, ku mbeten mineralet më të qëndrueshme të acidit sulfurik, kuarci, dhe kaolinite nga mineralet sekondare.
Në dalje në sipërfaqe në formën e burimeve, ujërat acidike, të pasura me sulfate të bakrit, zinkut, kobaltit, hekurit, aluminit, nikelit dhe elementeve të tjerë, shkaktojnë formimin e solonekëve acidik (thionik). Në këneta të ngjashme me kripërat afër një prej depozitave të bakrit-sulfurit të Uraleve të Jugut, një shkurre e thuprës u shfaq në mesin e stepës së thatë.
Të alum acid (thione) toka janë të zakonshme në bregdetin moçalore të detit, thahet deltat bregdetare, për shkak të oksidimit të pirit dhe gidrotroillita, të cilat janë formuar në të kaluarën për shkak të shërimit të sulfatit detit në të mëdha lotim territorin dhe dominimit mënyrën rigjeneruese. Oksidimin e sulfide thiobacteria shoqëruar nga formimi i acidit sulfurik nga zevendesimin e karbonate kalcium gipsi, shpërndarjen oksidet e aluminit dhe hekurit te formuar alum: Al 2 (SO 4) 3, Fe 2 (SO 4) 3. ligatinat acid Tokat alumin janë formuar në latitudes butë në brigjet ulëta të Suedisë dhe Finlandës (Gjirin e Bothnia), e polders dhe këneta e Holandës, ata nuk janë të rralla në deltat e lumenjve të subtropics dhe tropikët, gjenden në deltën Murray në territorin e Azisë Jug-Lindore, Amerikën e Jugut, ku kanë emra lokalë, për shembull: "poto-poto", "katclay", etj.
Siperfaqja e acidit sulfurik eshte karakteristike e depozitimeve te squfurit qe shfaqen ne siperfaqe, rreth te cilave formohet nje zone e shkembinjve te lengshem te bardhe, u formohen uje acide "vitriol" me nje permbajtje te larte te sulfatit te hekurit. Kur këto uji janë të përziera me ujë të freskët, një precipituar argjilor i hidratit të oksidit të hekurit (limonit) precipiton, duke formuar zonën e erërave të squfurit të sulfurit.
Gjatë zhvillimit të xeherorëve të sulfurit dhe thëngjillit sulfur, sulfidet e nxjerra në sipërfaqe janë oksiduar; u formuan ujerat acide të minierave në të cilat zhvillohen bakteret ninotike. Këto ujëra janë shumë agresive, duke shkatërruar pajisjet metalike. Ujërat acidike me një pH prej 1.5-2.0 rrjedhin nga deponitë e mbeturinave, grumbujt e qymyrit që përmbajnë sulfate të shpërndara, vdesin vegjetacioni nën ndikimin e tyre, vërehen acidifikimi i mprehtë dhe degradimi i tokës. Për të lokalizuar dhe neutralizuar këto rrjedha, pengesat speciale gëlqerore janë hedhur në shtegun e tyre, bëhet kalimi i tokave të ndotura me ujëra acid.
Ftohja e izotopit të squfurit. Katër izotopë të qëndrueshëm të squfurit shpërndahen në koren e tokës. Raporti i izotopeve të squfurit në objekte të ndryshme natyrore nuk është i njëjtë. Si një standard, raporti S 32 dhe S 34 në meteoritet sulfide është pranuar, ku është 22.21.
Ekziston një tendencë për të zbrazur izotopin e rëndë të përbërjeve natyrore të squfurit të formuar me pjesëmarrjen e mikroorganizmave, këto janë sulfide të origjinës sedimentare dhe sulfide biogjenike të hidrogjenit; sulfatet e shkëmbinjve të zjarrtë dhe sulfatet evaporite, përkundrazi, janë pasuruar në krahasim me standardin me një izotop të lehtë të squfurit.
Nëse gjeni një gabim, ju lutemi theksoni një pjesë të tekstit dhe klikoni Ctrl + Enter.
Oksidimi i lëndës organike - baza e jetës
Çështja organike dhe energjia e përfshirë në to, e cila formohet në qelizat e çdo organizmi në procesin e asimilimit, i nënshtrohet një procesi të kundërt - disimilimi. Kur çlirohet, energjia kimike del në trup në forma të ndryshme të energjisë - mekanike, termike etj. Energjia e lëshuar gjatë disimilimit është baza e njëjtë materiale që kryen të gjitha proceset jetësore - sinteza e substancave organike, vetërregullimi i trupit, rritja, zhvillimi , riprodhimi, reagimet trupore ndaj ndikimeve të jashtme dhe manifestime të tjera të jetës.
Dissimilacioni ose oksidimi në organizmat e gjallë kryhet në dy mënyra. Në shumicën e bimëve, kafshëve, njerëzve dhe organizmave protozoa, oksidimi i substancave organike ndodh me pjesëmarrjen e oksigjenit atmosferik. Ky proces quhet "frymë" ose aerobic (nga procesi latin - aer - air). Në disa grupe të bimëve që janë në gjendje të ekzistojnë pa ajër, oksidimi ndodh pa oksigjen, domethënë anaerobisht dhe quhet fermentimi. Konsideroni secilën nga këto procese veç e veç.
Koncepti i "frymëmarrjes" fillimisht nënkupton vetëm thithjen dhe daljen e ajrit nga mushkëritë. Pastaj, shkëmbimi i gazrave ndërmjet qelizës dhe mjedisit të saj quhej "frymë" - konsumimi i oksigjenit dhe lirimi i dioksidit të karbonit. Studime të mëtejshme të thelluara kanë treguar se frymëmarrja është një proces shumë-kompleks shumë-hap i cili zhvillohet në çdo qelizë të një organizmi të gjallë me pjesëmarrjen e detyrueshme të katalizatorëve biologjikë - enzimat.
Çështja organike, para se të shndërrohet në një "lëndë djegëse" që i jep energji qelizës dhe trupit në tërësi, duhet të trajtohet siç duhet me enzima. Ky trajtim konsiston në ndarjen e molekulave të mëdha të biopolimere - proteinave, yndyrave, polisaharideve (niseshte dhe glikogjen) - në monomere. Në këtë mënyrë, arrihet një universalizim i caktuar i materialit lëndë ushqyese.
Në këtë mënyrë, në vend të qindra polimere të ndryshme, si ushqim, zorrët kafshëve formuar disa dhjetëra monomereve - aminoacidet, acide yndyrore, gliceroli dhe glukozës, të cilat janë dorëzuar më pas të qelizave të kafshëve dhe indeve njerëzore me gjakun dhe të sistemit limfatik. Qelizat janë duke universalizuar më tej këto substanca. Të gjithë monomeret transformohen në molekula më të thjeshta të acideve karboksilike të zinxhirit të karbonit që përmbajnë dy deri në gjashtë atome. Nëse ka disa monomere dhjetëra, njëzet prej tyre janë aminoacide, atëherë ka vetëm dhjetë acidë karboksilik. Pra, specifika e ushqyesve më në fund është e humbur.
Por acidet karboksilike janë vetëm pararendës të materialit, i cili mund të quhet "karburant biologjik". Ata vetë nuk mund të përdoren ende në proceset e energjisë të qelizës. Faza tjetër e universalizimit është heqja e hidrogjenit nga acidet karboksilike. Kjo prodhon dioksid karboni (CO 2), të cilin trupi exhales. Atomi i hidrogjenit përmban një elektron dhe një proton. Për energjinë e qelizës dhe të organizmit si tërësi (bioenergjia), roli i këtyre pjesëve përbërëse të atomit është larg nga ekuivalenti. Energjia e mbyllur në bërthamën atomike nuk është e arritshme për qelizën. Transformimi i elektronit në atomin e hidrogjenit shoqërohet me lëshimin e energjisë, e cila përdoret në proceset jetësore të qelizës. Prandaj, lirimi i elektronit përfundon fazën e fundit të universalizimit të biokarburanteve. Gjatë kësaj periudhe, specifika e substancave organike, përbërësve të tyre dhe acideve karboksilike nuk ka rëndësi, sepse të gjitha ato në fund të fundit çojnë në formimin e një bartësi të energjisë - një elektron.
Elektron i ngazëllyer kombinon me oksigjenin. Pasi ka marrë dy elektrone, oksigjeni akuzohet negativisht, shton dy proton dhe formon ujë. Ky është akti i frymëmarrjes qelizore.
Oksidimi i substancave organike në qeliza ndodh në mitokondri, të cilat, siç u përmendën tashmë në broshurën e mëparshme, luajnë rolin e një dynamo që konverton energjinë e djegies së karbohidrateve dhe yndyrave në energjinë e trifosfatit adenozin (ATP).
Oksidimi në trup janë kryesisht karbohidratet. Proceset fillestare dhe përfundimtare të oksidimit të karbohidrateve mund të shprehen me formulën e mëposhtme: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6Ö 2 + 6H 2 O + energji.
Në organizmat e kafshëve dhe bimëve, procesi i frymëmarrjes është në thelb i njëjtë: kuptimi i saj biologjik në të dyja rastet konsiston në marrjen e energjisë nga secila qelizë si rezultat i oksidimit të substancave organike. ATP i formuar në këtë proces përdoret si një akumulator i energjisë. Është me këtë bateri që nevoja për energji është e rimbushur, pa marrë parasysh se ku ndodhen në qelizat e ndonjë organizmi.
Në procesin e frymëmarrjes, bimët konsumojnë oksigjen në të njëjtën mënyrë si kafshët, dhe lirimin e dioksidit të karbonit. Në të dyja kafshët dhe bimët, fryma është e vazhdueshme ditë e natë. Ndërprerja e frymëmarrjes, për shembull, duke ndaluar aksesin e oksigjenit, në mënyrë të pashmangshme çon në vdekje, pasi aktiviteti jetësor i qelizave nuk mund të mbahet pa përdorimin e vazhdueshëm të energjisë. Në të gjitha kafshët, me përjashtim të mikroskopikisht të vogla, oksigjeni nuk mund të arrijë në sasi të mjaftueshme direkt në qelizat dhe indet e ajrit. Në këto raste, shkëmbimi i gazit me mjedisin kryhet duke përdorur organe të veçanta (trake, gushë dhe mushkëri). Në vertebrorët, furnizimi me oksigjen për secilën qelizë individuale ndodh përmes gjakut dhe sigurohet nga puna e zemrës dhe e gjithë sistemit të qarkullimit të gjakut. Kompleksiteti i shkëmbimit të gazit në kafshë për një kohë të gjatë na pengoi të zbulonim thelbin dhe rëndësinë e vërtetë të frymëmarrjes së indeve. Shkencëtarët e shekullit tonë morën shumë përpjekje për të provuar se oksidimi nuk ndodh në mushkëri dhe jo në gjak, por në çdo qelizë të gjallë.
Në një organizëm bimor mekanizmat e shkëmbimit të gazit janë shumë më të thjeshta se sa në kafshë. Oksigjeni i ajrit depërton në çdo fletë të bimëve nëpërmjet hapjeve të posaçme - stomata. Shkëmbimi i gazit në bimë kryhet përgjatë tërë sipërfaqes së trupit dhe shoqërohet me lëvizjen e ujit përmes paketave vaskulare.
Organizmat, oksidimi i të cilave ndodh për shkak të oksigjenit të lirë (atmosferik ose i tretur në ujë) quhen, siç u përmendën më sipër, aerobe. Ky lloj shkëmbimi është karakteristikë e shumicës dërrmuese të bimëve dhe kafshëve.
Të gjitha krijesat e gjalla në Tokë në procesin e frymëmarrjes çdo vit oksidojnë miliarda tonë materie organike. Në të njëjtën kohë lëshohet një sasi e madhe energjie, e cila përdoret në të gjitha manifestimet e jetës.
Shkencëtarët francezë L. Pasteur në shekullin e fundit treguan mundësinë e zhvillimit të disa mikroorganizmave në një mjedis pa oksigjen, pra "jeta pa ajër". Oxidimi i substancave organike pa oksigjen quhet fermentimi dhe organizmat e aftë për jetë aktive në një mjedis të lirë të oksigjenit quhen anaerobe. Kështu, fermentimi është një formë e dissimilation në llojin anaerobe të këmbimit.
Gjatë fermentimit, për dallim nga frymëmarrja, substancat organike nuk oksidohen në produktet përfundimtare (CO 2 dhe H 2 O), por formohen komponime të ndërmjetme. Energjia e përfshirë në substanca organike nuk lirohet, pjesa e saj mbetet në substancat fermentuese të ndërmjetme.
Fermentimi, si frymëmarrja, kryhet përmes një sërë reagimesh komplekse kimike. Për shembull, rezultatet përfundimtare të fermentimit alkoolik përfaqësohen nga formula e mëposhtme: C 6 H 12 O 6 = 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + 25 kcal / g mol.
Si rezultat i fermentimit alkoolik, një produkt i oksidimit të pjesshëm - alkooli etilik - formohet nga sheqeri (glukoza) dhe vetëm një pjesë e vogël e energjisë që përmban karbohidratet lirohet.
Një shembull i organizmave anaerobikë mund të shërbejë si kërpudha maja, të cilat marrin energji për jetën, duke asimiluar karbohidratet dhe duke i nënshtruar ato në fermentimin alkoolik në procesin e disimilimit. Shumë mikroorganizma anaerobe thyejnë karbohidratet ndaj acidit laktik, butik, acetik dhe produkte të tjera të oksidimit jo të plotë. Disa lloje të baktereve mund të përdorin si burim energjie jo vetëm sheqernat, aminoacidet dhe yndyrnat, por edhe produktet e ekskretimit të kafshëve, si ure dhe acidi urik, që përmbahen në urinë dhe substancat që përbëjnë jashtëqitjen. Edhe penicilina, e cila vret shumë baktere, përdoret nga një lloj bakterie si lëndë ushqyese.
Kështu, në procesin e sintetizimit të përbërjeve organike, është sikur ato "ruhen" në to ose ruhen energjia e lidhjeve kimike të shpenzuara në sintezën e tyre. Ajo lëshohet përsëri gjatë procesit të kundërt të dekompozimit të substancave organike. Sa i përket energjisë, qeniet e gjalla janë, siç u përmendën më parë, sisteme të hapura. Kjo do të thotë se ata kanë nevojë për energji nga jashtë në një formë që lejon që ajo të përdoret për të kryer punë që është e lidhur pazgjidhshmërisht me manifestimet e jetës dhe çliron të njëjtën energji në mjedis, por në një formë të dëmtuar, për shembull, në formën e nxehtësisë që shpërndan mjedisi. Për shkak të proceseve të vazhdueshme të sintezës dhe kalbjes, asimilimit dhe disimilimit të qenieve të gjalla, ekziston një qarkullim konstant i substancave dhe transformimi i energjisë. Cila sasi e energjisë është zhytur, sa më shumë nga ajo është lëshuar gjatë disimilimit. Energjia e lëshuar gjatë disimilimit kryen procese që karakterizojnë thelbin e jetës dhe të gjitha manifestimet e tij.
| <<< Назад
|
Përpara \u003e\u003e\u003e |