İnorganik kükürt bileşiklerinin oksidasyonu. Organik maddenin oksidasyonu - yaşamın temeli

Organik maddeleri içeren oksidasyon-indirgenme reaksiyonları, çeşitleri, ürünlerin tanımı

Organik alandaki tüm IAD'ler 3 gruba ayrılabilir:

Komple oksidasyon ve yanma

Hafif oksidasyon

Yıkıcı oksidasyon

1. Komple oksidasyon ve yanma. Oksijen (azot oksitler gibi yanmayı destekleyen diğer maddeler), konsantre azot ve sülfürik asitkatı tuzlar ısıtıldığında oksijen serbest bırakılır (kloratlar, nitratlar, permanganatlar vs.), diğer oksitleyici ajanlar (örneğin, bakır (II) oksit) kullanılabilir. Bu reaksiyonlarda organik madde içindeki tüm kimyasal bağların tahrip olduğu gözlenmektedir. Organik maddenin oksidasyonu ürünleri karbondioksit ve sudur.

2. Hafif oksidasyonBu durumda, karbon zinciri kopmaz. Hafif oksidasyon, alkollerin aldehitler ve ketonlara oksidasyonunu, aldehidlerin karboksilik asitlere oksidasyonunu, alkenlerin dihidrik alkollere oksidasyonunu (Wagner reaksiyonu), asetilen'in potasyum oksalat, toluen benzoik aside oksidasyonunu, vb. İçerir. Bu durumlarda, seyreltilmiş potasyum permanganat çözeltileri, potasyum dikromat, nitrik asit, gümüş oksitin amonyak çözeltisi, bakır (II) oksit, bakır (II) hidroksit çözeltileri oksitleyici maddeler olarak kullanılır.

3. Yıkıcı oksidasyon. Bazı karbon-karbon bağlarının yırtılmasının eşlik ettiği hafif oksidasyondan daha şiddetli koşullarda ortaya çıkar. Oksitleyici maddeler olarak, ısıtıldığında daha konsantre potasyum permanganat ve potasyum dikromat çözeltileri kullanılır. Bu reaksiyonların ortamı asidik, nötr ve alkali olabilir. Reaksiyon ürünleri buna bağlı olacaktır.

İmha (karbon zinciri kırılması)alkenlerde ve alkinlerde - çoklu bir bağda, benzen türevlerinde - birinci ve ikinci karbon atomları arasında, bir halkadan sayılırsanız, üçüncül alkollerde - bir hidroksil grubu içeren bir atomda, ketonlarda - bir karbonil grubuna sahip bir atomda meydana gelir.

İmha sırasında1 karbon atomu içeren bir parça koptu, sonra karbon dioksite (asidik bir ortamda), bikarbonat ve (veya) karbonata (nötr bir ortamda), karbonata (bir alkalin ortamda) oksitlenir. Daha uzun olan tüm parçalar asitlere (asidik bir ortamda) ve bu asitlerin tuzlarına (nötr ve alkalin bir ortamda) dönüştürülür. Bazı durumlarda, elde edilen asitler değil, ketonlardır (üçüncül alkollerin oksidasyonu sırasında, benzen homologlarında, ketonlarda, alkenlerde dallanmış radikaller).

Aşağıdaki diyagramlar, benzen türevlerinin asidik ve alkali bir ortamda oksidasyonu için olası seçenekleri sunmaktadır. Farklı renkler redoks işleminde rol alan karbon atomlarını vurguladı. Vurgulama, her bir karbon atomunun "kaderini" izlemenizi sağlar.

Benzen türevlerinin asidik ortamda oksidasyonu

oksidasyon  - oksidasyon derecesinde bir artış eşliğinde bir atom, molekül veya iyon tarafından elektron geri tepme işlemidir. Ancak, bu tanımın ardından, birçok organik reaksiyon, örneğin oksidasyon reaksiyonlarına bağlanabilir, örneğin:

karbon-karbon çift bağlarının oluşumuna yol açan alifatik bileşiklerin dehidrojenasyonu:

(Hidrojenin gittiği karbon atomunun oksidasyon derecesi -2 ile -1 arasında değişir),

alkan ikame reaksiyonları:

(bir karbon atomunun oksidasyon durumu -4 ila -3 arasında değişir),

halojenlerin reaksiyonlarını çoklu bağa bağlama:

(karbon atomunun oksidasyon derecesi -1'den 0'a değişir) ve diğer birçok reaksiyon.

Her ne kadar resmi olarak bu reaksiyonlar oksidasyon reaksiyonları ile ilişkili olsa da, organik kimyada geleneksel olarak oksidasyon  işlevsel bir grubun dönüşümü sonucunda bir bileşiğin bir kategoriden daha yüksek bir bileşiğe geçtiği süreç olarak tanımlanır:

alken® alkokol® aldehit (keton) ® karboksilik asit.

Oksidasyon reaksiyonlarının çoğu, bir atom atomunun bir moleküle dahil edilmesini veya hidrojen atomlarının kaybına bağlı olarak mevcut bir oksijen atomuyla çift bağın oluşmasını içerir.

Ve ne tür bileşikler organik maddelere oksijen verebilir?

Oksitleyici maddeler

Organik maddelerin oksidasyonu için, geçiş metalleri, oksijen, ozon, peroksit bileşikleri ve kükürt, selenyum, iyot, azot ve diğerlerinin bileşikleri genellikle kullanılır.

Geçiş metallerine dayanan oksitleyici ajanlardan, krom (VI) ve manganez (VII), (VI) ve (IV) bileşikleri tercihen kullanılır.

En yaygın krom (VI) bileşikleri, sülfürik asit içindeki bir potasyum bikromat K2C127 çözeltisi, seyreltik sülfürik asitte bir krom trioksit CrO3 çözeltisidir ( johnson reaktifi), piridin ile bir krom trioksit kompleksi ve reaktif Saretta  - Piridin ve HC1 (piridinyum klorokromat) ile birlikte CrO3 kompleksi.

Organik madde oksitlendiğinde, herhangi bir ortamdaki krom (VI), krom (III) 'e indirgenir, ancak organik kimyadaki bir alkalin ortamdaki oksidasyon pratik bir uygulama bulamaz.

Potasyum permanganat KMnO 4 farklı ortamlarda farklı oksidatif özellikler sergilerken, oksidanın gücü asidik bir ortamda artar:

Potasyum mangan K 2 MnO4 ve manganez (IV) oksit MnO 2 yalnızca asidik bir ortamda oksitleyici özellikler gösterir.

Bakır (II) hidroksit, aldehidleri oksitlemek için yaygın olarak kullanılır. Reaksiyon ısıtma ile gerçekleştirilir, aynı zamanda bakır (II) mavi hidroksit ilk önce sarı renkteki bakır hidroksit (I) olur, bu daha sonra kırmızı bakır okside (I) ayrışır. Gümüş hidroksitin bir amonyak çözeltisi aldehitler için bir oksitleyici madde olarak da kullanılır ( gümüş ayna reaksiyonu)

I. Organik maddelerde oksidasyon derecesinin belirlenmesi.

Cebirsel yöntem

Organik maddelerde, elementlerin oksidasyon derecesini belirlemek mümkündür. cebirsel yöntem, çıkıyor ortalama oksidasyon oranı. Bu yöntem, reaksiyonun sonunda organik maddenin tüm karbon atomları aynı derecede oksidasyon kazanmışsa (yanma reaksiyonu veya tam oksidasyon) uygulanabilir.

düşünün:

Örnek 1. Sakkaroz sülfürik asit konsantresini daha fazla oksidasyonla doldurma:

C12H22O11 + H2S04®CO2 + H20 + S02

Sükrozda karbon oksidasyon derecesini bulun: 0

Elektronik dengede tüm 12 karbon atomunu dikkate alın:

12C 0 - 48 e ® 12C + 4 48 1

oksidasyon

S +6 + 2 e ®S +4 2 24

kurtarma

C12H22O11 + 24 H 2 SO 4 ® 12CO 2 + 35 H20 + 24 SO 2

Çoğu durumda, tüm organik madde atomları oksidasyona uğrar, ancak sadece bir kısmı. Bu durumda, sadece oksidasyon derecesini değiştiren atomlar elektron dengesine eklenir ve bu nedenle, her bir atomun oksidasyon derecesini bilmek gereklidir.

2.grafiksel bir yöntem:

1) Maddenin tam yapısal formülü tasvir edilmiştir;

2) her bir bağ için ok, elektronun en elektronegatif elemente yer değiştirmesini gösterir;

3) tüm C - C bağlarının kutupsal olmadığı kabul edilir;

Karboksil grubu karbon, 3 elektronu kendinden kaydırır, oksidasyon durumu +3, metil karbon, 3 elektronu hidrojenden çeker ve oksidasyon durumu 3'tür.

Aldehit grubunun karbonu, 2 elektron verir (+2) ve aldehit grubunun toplam 1 ° karbon oksidasyon derecesi için kendisine 1 elektron çeker (- 1). Radikalin karbonu, hidrojenden (-2) 2 elektron çeker ve bu karbon-1'in toplam oksidasyon durumu için 1 elektronu klorine (+1) verir.

N С С С ≡ С Н

Görev 1. Cebirsel yöntemle karbon atomlarının ortalama oksidasyon derecesini ve aşağıdaki bileşiklerde grafik yöntemle her karbon atomunun oksidasyon derecesini belirleyin:

1) 2-aminopropan 2) gliserin 3) 1,2 - dikloropropan 4) alanin

Metil fenil keton

Bu işlem temel olarak üç grup mikroorganizma tarafından gerçekleştirilir: fotosentetik bakteriler (mor ve yeşil), kükürt bakterileri, tiyonik bakteriler.

Nispeten yakın zamanda bazı heterotrofik bakterilerin sizi keşfettiğini keşfetti. mesentericus, sen. subtilis, aktinomisetler, mantarlar ve mayalar da organik madde varlığında kükürt oksitleyebilmektedir, ancak bu yan işlem yavaştır ve oksidasyon sırasında salınan enerji onlar tarafından kullanılmamaktadır.

Fotosentetik bakteri  - Mor ve yeşil prokaryotik mikroorganizmalar, esas olarak su kütlelerinde yaşarlar ve moleküler oksijenin salınması olmadan "anaerobik fotosentez" yaparlar. Bergie determinantındaki tüm fototrofik bakteriler, anaerobik fotosentez yapma kabiliyetleri temelinde Rodospiriller sıralarında birleştirilir; iki alt sınırı vardır: Rhodospirillineae - mor (rodobacterium), Klorobiineae - klorobacterium (yeşil bakteri). Fotosentez yapan bakterilerin çoğu katı anaeroblar ve fototroflardır, mor ve yeşil bakteriler arasında karanlıkta solunum nedeniyle heterotrofik olarak büyüyebilen türler vardır. Fotosentez sırasında bir hidrojen vericisi olarak, bakteriler azaltılmış kükürt bileşiklerini, moleküler hidrojeni ve bazı türleri kullanır - organik bileşikler.

Rhodobacterium familyası Chromatiaceae familyası türünden en iyi çalışılmış olan Chromatium - sulfur purple bakterileri. Sonuncunun temsilcileri oval ya da çubuk şeklindedir, kutup flagellalarından dolayı hareketliliğe sahiptir; Anaerobik fotolitofik organizmalar mecburidir, hidrojen sülfürü art arda S 0 ve ayrıca SO4 2- ile oksitlerler. Bazen sülfür globülleri hücrelerinde birikir ve bu yavaş yavaş dışarıya salınan sülfata dönüşür.

Yeşil kükürt bakterileri arasında, Chlorobium cinsinin temsilcileri iyi çalışılmıştır. Bunlar çoğunlukla, çoğunlukla mukoza kapsülleri, katı anaeroblar ve zorunlu fotolitroflarla çevrili bölünme ile çarpılan, çubuk şeklinde ve vibrioid formlardır. Birçoğu kükürt oksidasyonunu sadece serbest kükürt safhasına getirir. Elemental kükürt sıklıkla hücrelerin dışında birikir, fakat kükürt hücrelerin kendi içinde birikmez.

Fotosentetik bakteriler su kütlelerinde yaygın olarak dağılır; genellikle hidrojen sülfit (havuzlar, deniz lagünleri, göller vb.) içeren bir ortamda yaşar ve yüksek konsantrasyonunu korur. Toprakta, bu bakteriler önemli bir rol oynamamaktadır, ancak rezervuarlarda etkinlikleri büyük önem taşımaktadır.

Kükürt bakterileri  - Hidrojen sülfit varlığında gelişen, renksiz mikroorganizmalardan oluşan geniş bir ekip, hücrelerin içine kükürt damlası bırakır. Bu bakteri grubunun ilk çalışmaları, 1887, 1888'de S. N. Vinogradsky tarafından yapılmıştır. Çevrenin değiştirilmesine ve uzun süre canlı bir nesnenin gözlemlenmesine olanak tanıyan orijinal mikrokültür yöntemini uygulayan Vinogradsky, Beggiatoa hücrelerinde biriken sülfürün (kükürt bakterilerinin tipik bir temsilcisi) hidrojen sülfürden oluştuğunu ve bu mikroorganizma tarafından sülfürik aside oksitlenebildiğini buldu. Aynı zamanda, ilk önce bakterilerde (özellikle filamentli olanlarda) kemosentezin var olduğu kavramı önerdi; organik bileşiklerin yokluğunda büyüyebilirler ve inorganik kükürtün oksidasyon süreci onlar için bir enerji kaynağıdır. Bununla birlikte, çoğu renksiz kükürt bakterisinde kemoautotrofinin varlığı, bunları saf kültürde izole etmek mümkün olduğu için hala makul değildir: mikroorganizmalar başarılı olmasına rağmen, izole edilmiş suşların, doğada gözlemlenenlerle aynı fizyolojiye sahip olduğundan tamamen emin değillerdir. S. N. Vinogradsky (1888) tarafından serobakterilere verilen karakteristik, şu anda pratikte değişmeden kalmaktadır.

Renksiz kükürt bakterileri, tekli olan heterojen bir grubu temsil eder. ortak özellik  - hücrelerin içine kükürt koyma yeteneği. Bu organizmaların sistematiği sadece cins seviyesine göre geliştirilmiştir; hepsi sağlam bir şekilde tespit edilemez. GA Zavarzin (1972), morfolojik özellikleri ile aralarında ayrım yapar: filamentli, büyük hücreli tek hücreli ve küçük hücreli tek hücreli.

Filamentli bakteriler beş cinse aittir; Bunların en ünlüsü Beggiatoa, Thiothrix ve Thioploca'dır.

Beggiatoa cinsi, yapıda algal trikolara benzeyen, trikom oluşturan renksiz filamentli organizmalarla temsil edilir, ancak ikincisinin aksine, kükürt kalıntıları içerir. Trikomlar hiçbir zaman substrata yapışmaz, oluşan sümük nedeniyle hareket kabiliyetine sahiptir ve düşük miktarda hidrojen sülfit içeren sedanter sularda bulunur, mikroaerofillere aittir. Su kütlelerinde çamurun yüzeyinde, birikme yerlerinde, büyük beyaz lekeler veya narin beyaz bir ağ oluştururlar. Bu türdeki tüm türler, dış ortamda, hidrojen sülfürü ve sülfürleri, hücrelerin içinde biriken temel sülfüre ve hidrojen sülfür veya sülfür eksikliği durumunda oksitlemektedir. Hücreler içinde biriken kükürt sülfürik aside oksitlenir ve serbest bırakılır. Metallerle birleştirildiğinde, sülfatlar oluşur.

Thiothrix cinsinin temsilcileri, Beggiatoa cinsinin kükürt bakterilerine yapı olarak çok benzerdir, ancak ikincisi kendilerini genellikle hızlı akan hidrojen sülfit sularında bulunan özel bir mukoza diski ile substrata bağladıklarından farklıdır. İplikleri, biriken kükürtün birikmesi nedeniyle siyah görünür. Thiothrix, mobil bir ortamda su altı nesnelerinde kirli beyaz renkte kirlenme yaratır. Tiyoploka kümeleri, birçok su kütlesinde, çamurun üst tabakalarında bulunur; Dikey olarak yerleştirilmişler, su oksijene, sonra en alttaki hidrojen sülfür ortamına hareket ettikçe sürekli yukarı ve aşağı hareket eden oksidasyon ve indirgenme ufuklarını geçerler. Kalın mukoza kapsüllerinde, dışarıda detritus parçalarıyla kaplanmış, interlaced trikomlardır (1 ila 20 arasında olabilirler). Tiyoploka bakterileri kalsiyum bakımından zengin deniz çamuru ve tatlı su yavrularından izole edilmiştir.

Büyük hücreli tek hücreli serobakteriler üç cinsle temsil edilir: Achromatium, Thiovulum ve Macronionas: tüm türlerde hücre boyutları - 10-40 mikron; bölme veya daraltma ile çarpma; hücrelerin şekli oval ve silindiriktir. Kükürt damlacıklarına ek olarak, hücreler genellikle kalsiyum karbonat içerir.

Küçük hücreli tek hücreli formlar iki cinsde birleştirilir: Thiospira ve Thiobacterium. Thiospira çok az çalışılmıştır. Cins Thiobacterium üç tür içerir. Mukoza kapsülleri ile çevrili bu sabit küçük çubuklar, bir zoogel oluşturabilir; hücrelerde kükürt tüm türlerde birikmez.

Renksiz kükürt bakterileri - tipik sudaki mikroorganizmalar, hidrojen sülfitin en azından zayıf bir şekilde oluştuğu su kütlelerinde yaygındır. Hepsi, hidrojen sülfit konsantrasyonuna karşı çok hassas olan mikroaerofillerdir: hidrojen sülfit ile doyurulmuş bir ortamda, hızla ölürler, 40 mg / l'den daha az bir konsantrasyonda, en muhteşem şekilde gelişirler.

Bunlar için optimal koşullar, hidrojen sülfitin yavaşça biriktiği ve bir alkali veya nötr akış ortamına yakın olduğu dengede olmayan sistemlerde yaratılır. Renksiz kükürt bakterileri arasında hem düşük sıcaklıkta hem de yüksek sıcaklıkta - 50 ° C'ye kadar (termal kaynaklarda) iyi yetişir. Neredeyse doymuş bir tuz çözeltisinde, yüksek tuz konsantrasyonlarına dayanabilir ve tuz göllerinin siyah çamurunda gelişebilirler. Tatlı sularda hala en yaygın olanlarıdır.

Çamurun yüzeyindeki havuzlarda kükürt bakterilerinin kütle birikimleri bulunabilir, bu nedenle çamurda salınan hidrojen sülfür okside olur ve su kütlesini zehirlemez. Su kütlesinin hidrojen sülfit ile kirlenmesi durumunda, bakteri bir derinlikte veya bir başka "bakteri plakası" veya filmi oluşturabilir, üstünde hidrojen sülfür ve altında oksijen bulunmaz. Örneğin, Karadeniz'de, böyle bir film 200 m derinlikte bulunur ve bu seviyenin üzerinde hidrojen sülfit girişini önler. Aerobik ve anaerobik bölgelerin sınırında yaşayan kükürt bakterileri kaotik, sürekli bir hareket halindedir: hidrojen sülfürün arkasına iner, oksijenin arkasına gider. Hidrojen sülfürü element sülfüre okside ederler ve organik maddelerin sentezi için gerekli enerjiyi elde ederler. Kemosentetik olarak, 25 g H2S / m2 oksidasyonuna bağlı olarak yılda 8 g s / m2 asimile edilebilir (Sorokin, 1970). Geri tepme işleminden sonra, element sülfürle zenginleştirilmiş mikrobiyal cisimler hidrojen sülfit bölgesine batırılır, kısmen dibe ulaşır, kükürt giderici bakterilerin katılımıyla sülfür tekrar hidrojen sülfite geri döner. Sınır katmanındaki (O 2 ve H2S) deniz suyu kalınlığında, hidrojen sülfitin ilk oksidasyon aşamasının kimyasal yollarla gerçekleştirildiği varsayılmaktadır (Skopindev, 1973).

Serobacteria sıklıkla büyük miktarlar  hidrojen sülfit yaylarında.

Kükürt bakterilerinin kükürt döngüsüne katılması muhtemelen önemsizdir, ancak su tabakalarının hidrojen sülfit zehirlenmesini önlemedeki rolü ve metallerin göçü ve birikmesi üzerindeki etkisi önemli görünmektedir.

Sülfürün oksidasyonundaki ana rol, tiyonik bakterilere verilir.

Tiyonik bakteri - Topraklarda, tatlı ve tuzlu su kütlelerinde, kükürt birikintilerinde ve kayalarda bulunan tek bir morfolojik ve biyokimyasal grup. Tiyonik bakteriler, hidrojen sülfit, sülfit, sülfit, tiyosülfat, tetratiyonat, tiyosiyanat, ditiyonit ve ayrıca moleküler sülfür gibi mineral indirgenmiş kükürt bileşiklerinin oksidasyonu yoluyla enerji alır. Bir ara ürün olarak oluşturulan kükürt hücrelerin dışına bırakılır. Bir elektron alıcısı olarak, serbest oksijen ve bazı türler kullanır - nitrat oksijen. Beslenme türüne göre, tiyonik bakteriler gruplara ayrılabilir: ototroflar, mixotroflar ve litoterotroflar. Çoğu tiyonik bakteri aerobiktir, ancak Th gibi fakültatif anaeroblar bilinmektedir. denitrifisans. Yaşam alanlarına bağlı olarak, farklı davranırlar: aerobik koşullar altında, moleküler oksijenin katılımıyla bir işlem yürütürler, anaerobikte denitrifikasyona geçer ve nitratları moleküler nitrojene indirger. Dört cins tiyonik bakteri bilinmektedir: Thiobacillus - çubuk şeklinde, hareketli; Thiomicrospira - spiral, hareketli; Tiyodendron - SAP veya dallanma hipha ile birbirine bağlanmış oval veya helis bükümlü hücrelerin mikro kolonileri. Sulfolobus - azaltılmış bir hücre duvarı ile, loblu. Karasal ve sucul ekosistemlerde yaygın olan Thiobacillus cinsinin bakterileri özellikle kükürt döngüsünde aktif olduklarından, esas olarak incelenir.

Çevrenin asitliği ile ilgili olarak, tiyobakiller iki gruba ayrılır: nötr veya alkali koşullarda (pH 6-9) ve asidik koşullarda (asidofilik) büyür. 1. grubun tiyobakillusları için optimum pH değeri 6-9 arasındadır; türleri: T. thioparus, T. denitrificans, T. novellus, T. thiocyanooxidans, T. neapolitanus. Hepsi hidrojen sülfür, kükürt ve tiyosülfat oksitler. Bu grubun en çok çalışılan temsilcilerini düşünün.

T. thioparus, Beyerink (1904) tarafından izole edilen ototrofik bir bakteridir, ortam nötr, hareketli (bir polar flagelluma sahiptir), gram-negatif hidrojen sülfit, hidrosülfür iyonu ve sadece sülfürden kalsiyum sülfürü oksitleyebildiği zaman gelişir. Oksidasyon ürünleri kükürt, polıyonatlar (öncelikle tetrationatlar) ve sülfürik asittir. Mikroaerofil olarak gelişebilir ve asitliği çok kararsız.

Bu nedenle, temel sülfür birikimi aşağıdakilerden dolayı oluşabilir: a) kükürt giderici bakterilerle sülfatların azaltılması; b) hidrojen sülfitin tiyonik bakteriler tarafından oksidasyonu. Elemental kükürt acı göllerin çamurlu tabanında birikir ve Hazar Denizi'nin dibinde bulunur, burada siltten salınan hidrojen sülfitin oksidasyonu nedeniyle oluşur.

Birçok kükürt birikintisinin oluşumu, tiyonik bakterilerin oksitleyici aktivitesi ile ilişkilidir. Tortul kükürt tortuları Coğrafi olarak Permiyen, Aşağı Kretase, Paleojen, Neojen alçı taşı taşıyan kayalarla çakışmaktadır ve yükseltilmiş ya da suya batmış jeo yapı elemanlarının sınırları boyunca yer almaktadır. Genellikle kayaçların parçalandığı, çatladığı, antiklinallerin kemerleri tahrip olan, yüzeye hidrojen sülfit ve doymuş su akışını kolaylaştıran yağ alanlı brachyanticline'lerle sınırlıdır. Burada, iyonik bakteriler tarafından bolca bulunan oksijen ortamında, hidrojen sülfitin oksidasyon işlemi ile elementer sülfür birikimi. Orta Asya'daki yataklar: Gaurdak, Shorsu, Karakum'daki Sülfürik tepeler.

T. thiocyanooxidans, T. thioparus'a benzer birçok yöndendir, ancak hidrojen sülfit ve rodonitin yanı sıra oksitlenmesinde de farklıdır. Bu bakteriler bulunur (Happold, Kay, 1934) ve saf bir kültüre izole edilir (Happold, Johnston, Rogers, 1954). Morfolojik olarak, T. thiocyanooxidans - bir polar flagellum ile yapışır, ototrofik, aerobik; onlar için tarafsız bir ortam uygundur; % 1'den daha fazla bir konsantrasyonda organik maddenin varlığı, onların gelişimini engeller.

T. novellus, 1934 yılında R. L. Starkey topraklarından keşfedilen ve izole edilmiş, gram negatif, sabit, çubuk şeklinde, organik ortam üzerinde iyi yetişen, ancak belirli koşullar altında, heterotrofik bir tür beslenmeden ototrofik olana geçebilir, bir mixotrofik organizmadır.

Denitrifiye edici tiyonik bakteri, ilk önce Beierinck tarafından keşfedilen küçük, tartışılmaz bir basildir: (1904), anaerobik koşullar altında çevreyi okside eder ve inorganik bileşiklerini sülfatlara eşitler, aynı zamanda nitratları moleküler nitrojene indirger.

Aerobik koşullarda, nitratların azalması meydana gelmez ve bakteriler oksitleyici bir madde olarak oksijen, hava kullanır.

Asidik bir ortamda gelişen mikroorganizma grubu şunları içerir: T. ferrooxidans, T. intermedius, T. thiooxidans. 2-4 pH değeri onlar için en uygun değerdir, ancak 0,5 ila 7 arasında bir pH'da büyüyebilirler. İlk iki tür pH\u003e 5: T'de büyüyemez. .

T. thiooxidans - flagellum bacillus, mobil, toprakta kükürt ayrışması incelenirken mukus, ototrof oluşturduğu keşfedilmiştir (Waxman, Ioffe, 1922). Bazı organik kükürt bileşiklerini yakın zamanda ortaya koyduğu gibi, oksitleyebilmektedir. Bu organizma tarafından oksitlenen ana substrat moleküler kükürt ve bazen tiyosülfattır, aerobik koşullar altında bu işlem sülfürik asit izolasyon aşamasına geçer. Oksidasyon enerjisi karbon dioksiti emmek için kullanılır. Bu türün hidrojen sülfürü ve diğer bileşikleri okside etme kabiliyeti nihayet netleşmemiştir, çünkü bu bileşikler asidik bir ortamda kararsızdır.

Tiyonik demir oksitleyici bakteri T. ferrooxidans çok ilginç bir organizmadır ve asidik drenaj madeni sularından (Coiner, Hinkle, 1947), kutupsal olarak lekelenmeyen, küçük bir çubuk olan, portatif, kemotitf, leke oluşturmaz pH 1.7-3.5 - optimal olarak aerobik. Tiyobakteriler arasında özel bir pozisyon işgal eder, çünkü ototrofik büyüme kabiliyetine sadece kükürt bileşiklerinin oksidasyonu ile elde edilen enerji değil, aynı zamanda oksidasyon sırasında okside salınan demir oksit neden olur. İyon, pH'da Fe 2+ olduğu için<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. ferrooksidans, ağır metal konsantrasyonlarına karşı yüksek direnç ile karakterize edilir:% 5'lik bir bakır sülfat çözeltisine, 2 g / l Cu konsantrasyonuna veya 1 g / l arsenik 1 g / l konsantrasyonuna dayanır, bu nedenle küçük dozlarda azot, fosfor ve hafif havalandırma ile gelişir. sülfit birikintilerinin oksidasyonu. Asidik bir ortamda oksitlenmiş demir, herhangi bir oluşturulmuş yapı oluşturmaz ve bakteri hücreleri hemen hemen her zaman serbesttir. Bakteriler elementel kükürt, sülfitler, tiyosülfat, tetratiyonit, hidrosülfürü okside eder. Sülfit birikintilerinde iki işlevlidir: sülfat sülfürü sülfürik aside okside eder, bu sırada demir hidroksitleri çözer, demir sülfat oluşur, ikincisi sülfürlerle reaksiyona girer, sülfürün bir parçası olan sülfürün sülfürün kimyasal oksidasyonuna katkıda bulunur. hexavalent'e kadar.

Bir miktar tiyonik bakteri, çeşitli sülfit minerallerini (Cu, Zn, Pb, Ni, Co, As) oksitleyebilir, uranyum ve vanadyum değerlik durumundaki değişime katılabilir, yüksek metal konsantrasyonlarına dayanabilir,% 6'ya varan konsantrasyonda bakır sülfat çözeltisinde gelişir. Bu organizmaların aktivite ölçeği etkileyicidir. Böylece, bir gün boyunca Degtyarskoe yatağından 6115 kg bakır ve 1706 kg çinko çıkarılmıştır (Kravaiko ve diğerleri, 1967). Pek çok bakteri cevher minerallerinde bulunur ve oksidasyonları nedeniyle karbondioksitin asimilasyonu için gerekli enerjiyi alır. Tüm antimon tortularında T. ferrooxidans cinsine atfedilen tiyonik bakteri bulunur. Antimoniti, ortamın asidik koşullarında (pirit varlığında) oksitler. Nötr ve zayıf alkali koşullar altında, diğer bakteriler, T. denitrificans, antimonitin oksidasyonunu hızlandırabilir. İlk aşamada, antimonitin kükürt oksidasyonu, T. ferrooxidans veya diğer tiobacilli etkisinde meydana gelir; antimon sülfat kararsızdır ve Sb2'yi hidrolize eder; Antimon peroksit, mineral senarmonit, oluşur. Üç değerlikli antimonun Sb5 + 'nin daha yüksek oksitlerine oksidasyonu, nötr ortamın en uygun olduğu ototrofik mikroorganizma Stibiobacter senarmontii'ye maruz kaldığında meydana gelir. Chebosynthesizing mikroorganizma senarmonit oksitleyici - Stibiobacter gen. nov.: stibiconite grubunun minerali (Lyalikova, 1972).

Heterotrofik bakteriler, jeokimyasal faaliyeti hala çok az çalışılmış olan cevher yataklarında yaygındır. Bununla birlikte, bazılarının (Pseudomonas denitrificans, P. fluorescens) sülfür cevherlerinden izole edildiği, oksitlendiği tespit edilmiştir. Azaltılmış kükürt bileşiklerinin oksidasyon enerjisini kullanıp kullanamayacakları hala açık değildir. Açıkçası, etkinlikleri mineralleri parçalayabilen organik asitlerin oluşumu ile ilişkilidir.

Böylece, sülfat birikintilerinin oksidasyon bölgesinde, bir sülfat ortamı ortaya çıkar, sülfitler sülfatlar ile değiştirilir, ayrışma asidiktir, cevher taşıyan kayaçların mineralleri eşzamanlı olarak tahrip edilir, bunlar ikincil minerallerle değiştirilir - jarosit, goethit, anglesit, anterit, dijenit, vs. Demir oksitlerin ölçeği “demir şapka” olarak adlandırılır. Eğer konakçı kayalar karbonat ise, o zaman sülfürik aside maruz kaldığında, büyük miktarda jips oluşur, sülfürik asit nötrleştirilir. Kayaçlar karbonat değilse, agresif sülfat suları alkali ve toprak alkali metalleri, demir grubunun ağır metallerini ve akiferlerden diğerlerini sülfatlar halinde uzaklaştırır; ağartılmış bölgeler, en stabil sülfürik asit mineralleri olan kuvars, kalıntılar ve kaolinitin ikincil minerallerden kaldığı yerde oluşur.

Kaynak biçiminde yüzeye çıkışta, bakır, çinko, kobalt, demir, alüminyum, nikel ve diğer elementlerin sülfatları ile zenginleştirilmiş asitli sular, asidik (tiyonik) solonk oluşumuna neden olur. Güney Uralların bakır-sülfit yataklarından birinin yakınında bulunan benzer tuz bataklıklarında, kuru bozkır içinde bir huş korusu ortaya çıkmıştır.

Asit alum (tiyonik) topraklar, bataklık deniz kıyılarında, geçmişte deniz suyunun sülfatının restorasyonu ve bölgenin su içeriği yüksek olan ve restorasyon rejiminin egemenliği nedeniyle oluşan hidrotavit ve piritin oksidasyonu ile bağlantılı olan kıyı kıyı Deltalarında yaygındır. Sülfürlerin tiyonik bakterilerle oksidasyonuna, sülfürik asit oluşumu, kalsiyum karbonatların alçı ile değiştirilmesi, alüminyum ve demir oksitlerin alum oluşumu ile çözülmesi eşlik eder: Al2 (S04) 3, Fe2 (S04) 3. Asit bataklıklı alum toprakları, İsveç'in ve Finlandiya'nın (Bothnia Körfezi) ova kıyılarında, Polder ve yürüyüşlerinde ılıman enlemlerde oluşur, Güney Doğu Asya, Güney Amerika'da, Murray deltasında bulunan Güneydoğu Asya'da, Murray delta'da bulunan subtropikal ve tropik nehirlerin deltalarında nadir değildir. yerel isimler var, örneğin: "poto-poto", "katclay", vs.

Sülfürik asit ayrışması, çevresinde parlak beyaz yapraklı kayalardan oluşan bir bölgenin oluşturulduğu yüzeyde ortaya çıkan kükürt birikintilerinin bir özelliğidir, yüksek miktarda demir sülfat içeren asitli "vitriol" sular oluşur. Bu sular taze sularla karıştırıldığında paslı bir demir oksit hidrat (limonit) çökeltisi çökelir ve sülfürik asitin ayrışma bölgesini çerçeveler.

Sülfit cevherleri ve sülfürlü kömürlerin gelişimi sırasında, yüzeye çıkarılan sülfitler oksitlenir; tiyonik bakterilerin geliştirdiği asitli maden suları oluşur. Bu sular çok agresif, paslandırıcı metal ekipmanlardır. Atık dökümlerinden 1.5-2.0 pH değerinde asitli sular, dağınık sülfitler içeren kömür yığınları, bitki örtüsü etkisi altında ölür, keskin asitlenme ve toprak bozulması gözlenir. Bu akışları lokalize etmek ve nötralize etmek için, yollarına özel kalkerli bariyerler yerleştirilir, asitli sularla kirlenmiş toprakların kirlenmesi yapılır.

Kükürt İzotop Fraksiyonu. Yerkabuğunda dört stabil kükürt izotopu dağılmıştır. Farklı doğal nesnelerdeki kükürt izotoplarının oranı aynı değildir. Standart olarak, sülfit meteorlarında S32 ve S 34 oranı, 22.21 olduğu kabul edilir.

Mikroorganizmaların katılımı ile oluşan doğal kükürt bileşiklerinin ağır izotoplarını tüketme eğilimi vardır, bunlar tortul kökenli kökenli sülfit ve biyojenik hidrojen sülfit; Magmatik kayaçların sülfidleri ve evaporit sülfatlar, aksine, standarda göre hafif bir kükürt izotopuyla zenginleştirilir.

Bir hata bulursanız, lütfen bir parça metni vurgulayın ve Ctrl + Enter.

Organik maddenin oksidasyonu - yaşamın temeli

Asimilasyon sürecinde herhangi bir organizmanın hücrelerinde oluşan organik madde ve içlerinde bulunan enerji tersine çevrilir - disimilasyon. Disimilasyon serbest bırakıldığında, vücutta kimyasal enerji çeşitli enerji formlarına - mekanik, termal, vb. Serbest bırakılır. Disimilasyon sırasında serbest bırakılan enerji, tüm yaşam süreçlerini - organik maddelerin sentezi, vücudun kendi kendini düzenlemesi, büyümesi, gelişimi gibi aynı maddi temelidir. üreme, dış etkilere vücut reaksiyonları ve yaşamın diğer tezahürleri.

Canlı organizmalarda disimilasyon veya oksidasyon iki şekilde gerçekleştirilir. Çoğu bitkide, hayvanda, insanda ve protozoa organizmada, organik maddelerin oksidasyonu atmosferik oksijenin katılımıyla gerçekleşir. Bu süreç "nefes" veya aerobik (Latin. Aer - air) süreci denir. Hava olmadan var olabilen bazı bitki gruplarında oksidasyon oksijensiz, yani anaerobik olarak ve fermantasyon olarak adlandırılır. Bu işlemlerin her birini ayrı ayrı düşünün.

"Nefes alma" kavramı başlangıçta yalnızca havanın akciğerler tarafından solunması ve solunması anlamına gelir. Daha sonra, hücre ile çevresi arasındaki gaz alışverişine “nefes alma” adı verildi - oksijen tüketimi ve karbondioksit salınımı. Diğer derinlemesine çalışmalar, solunumun biyolojik organizmaların zorunlu katılımıyla biyolojik katalizörlerin - enzimlerin zorunlu katılımıyla gerçekleşen çok karmaşık bir çok adımlı bir işlem olduğunu göstermiştir.

Organik madde, hücreye ve vücuda bir bütün olarak enerji veren bir "yakıta" dönmeden önce, enzimler ile uygun şekilde muamele edilmelidir. Bu işlem, monomerlerde büyük biyopolimer moleküllerinin - proteinler, yağlar, polisakaritler (nişasta ve glikojen) parçalanmasından oluşur. Böylece, besin maddesinin belirli bir evrenselleşmesi sağlanır.

Böylece, yiyecek gibi yüzlerce farklı polimer yerine, hayvanların bağırsaklarında birkaç düzine monomer - amino asitler, yağ asitleri, gliserol ve glikoz - hayvanların bağırsaklarında oluşur, bunlar daha sonra kan ve lenfatik yollardan hayvan ve insan doku hücrelerine iletilir. Hücreler ayrıca bu maddeleri evrenselleştirir. Tüm monomerler, iki ila altı atom içeren daha basit karbon zinciri karboksilik asit moleküllerine dönüştürülür. Birkaç düzine monomer varsa, bunlardan yirmi amino asittir, o zaman sadece on karboksilik asit vardır. Böylece besinlerin özgüllüğü nihayet kayboldu.

Ancak karboksilik asitler yalnızca “biyolojik yakıt” olarak adlandırılabilecek malzemenin öncüleridir. Kendileri henüz hücrenin enerji işlemlerinde kullanılamazlar. Evrenselleşmenin bir sonraki aşaması hidrojenin karboksilik asitlerden uzaklaştırılmasıdır. Bu, vücudun soluduğu karbondioksit (C02) üretir. Hidrojen atomu bir elektron ve bir proton içerir. Hücrenin enerjisi ve organizma için bir bütün olarak (biyoenerji), atomun bu kurucu kısımlarının rolü eşdeğer olmaktan uzaktır. Atom çekirdeğinde bulunan enerji hücreye erişemez. Elektronun hidrojen atomundaki dönüşümüne, hücrenin yaşam süreçlerinde kullanılan enerji salınımı eşlik eder. Bu nedenle, elektronun serbest bırakılması biyoyakıtın evrenselleşmesinin son aşamasını sonlandırır. Bu süre zarfında, organik maddelerin, bileşenlerinin ve karboksilik asitlerin özgüllüğü önemli değildir, çünkü sonuçta hepsi sonunda bir enerji taşıyıcısının oluşumuna yol açar - bir elektron.

Heyecanlı elektron oksijenle birleşir. İki elektron aldıktan sonra, oksijen negatif olarak şarj edilir, iki proton ekler ve su oluşturur. Bu hücresel solunum eylemidir.

Organik maddelerin hücrelerde oksidasyonu, önceki broşürde daha önce belirtildiği gibi, karbonhidratların ve yağların yanma enerjisini adenosin trifosfatın enerjisine (ATP) dönüştüren bir dinamo rolünü oynayan mitokondride meydana gelir.

Vücuttaki oksidasyon öncelikle karbonhidratlardır. Karbonhidratların oksidasyonunun ilk ve son işlemleri, aşağıdaki formülle ifade edilebilir: C6H12O6 + 6O2 = 6СO2 + 6H20 + enerji.

Hayvan ve bitki organizmalarında, solunum süreci temelde aynıdır: her iki durumda da biyolojik anlamı, organik maddelerin oksidasyonu sonucu her hücreden enerji almaktan ibarettir. Bu işlemde oluşan ATP, enerji akümülatörü olarak kullanılır. Bu batarya ile, herhangi bir organizmanın hücrelerinde nerede olursa olsun, enerjiye duyulan ihtiyacın karşılanması gerekir.

Solunum sürecinde, bitkiler oksijeni hayvanlar ile aynı şekilde tüketir ve karbondioksit salgılar. Hem hayvanlarda hem de bitkilerde, solunum gece gündüz süreklidir. Solunumun kesilmesi, örneğin, oksijenin erişimini durdurarak, kaçınılmaz olarak ölüme yol açar, çünkü hücre aktivitesi sürekli enerji kullanmadan sürdürülemez. Tüm hayvanlarda, mikroskopik olarak küçük olanlar dışında, oksijen, doğrudan hava hücrelerine ve dokularına yeterli miktarda giremez. Bu durumlarda, çevre ile gaz değişimi özel organlar (trakea, solungaçlar ve akciğerler) kullanılarak gerçekleştirilir. Omurgalılarda, her bir hücreye oksijen verilmesi kan yoluyla gerçekleşir ve kalbin ve tüm dolaşım sisteminin çalışmasıyla sağlanır. Hayvanlarda uzun süre gaz değişiminin karmaşıklığı, doku solunumunun gerçek özünü ve önemini bulmamızı engelledi. Asrımızdaki bilim adamları oksidasyonun akciğerlerde değil kanda değil, her canlı hücrede gerçekleştiğini kanıtlamak için çok çaba harcadılar.

Bir bitki organizmasında, gaz değişim mekanizmaları hayvanlardan çok daha basittir. Havanın oksijeni, bitkilerin her yaprağına, özel açıklıklar - stomalar yoluyla nüfuz eder. Bitkilerde gaz değişimi, vücudun tüm yüzeyinde gerçekleştirilir ve suyun damar demetlerinden geçmesiyle ilişkilidir.

Oksidasyonu serbest oksijen nedeniyle (atmosferik veya suda çözünmüş) meydana gelen organizmalara yukarıda belirtildiği gibi aerobik denir. Bu değişim türü, bitki ve hayvanların büyük çoğunluğunun özelliğidir.

Solunum sürecinde yeryüzündeki tüm canlılar, yıllık olarak milyarlarca ton organik maddeyi oksitlemektedir. Aynı zamanda, yaşamın tüm tezahürlerinde kullanılan büyük miktarda enerji açığa çıkar.

Fransız bilim adamları L. Pasteur, geçen yüzyılda oksijensiz bir ortamda, yani “havasız yaşam” gibi bazı mikroorganizmaların gelişme olasılığını gösterdi. Organik maddelerin oksijensiz oksidasyona fermantasyon, oksijensiz bir ortamda aktif yaşamda bulunabilen organizmalara anaerobik denir. Dolayısıyla, fermantasyon, anaerobik değişim tipinde bir disimilasyon şeklidir.

Fermantasyon sırasında, solunumun aksine, organik maddeler nihai ürünlere (C02 ve H20) oksitlenmez, ancak ara bileşikler oluşur. Organik maddelerde bulunan enerjinin tümü serbest bırakılmaz, bir kısmı ara fermente edici maddelerde kalır.

Fermantasyon, solunum gibi bir dizi karmaşık kimyasal reaksiyonla gerçekleştirilir. Örneğin, alkolik fermantasyonun nihai sonuçları aşağıdaki formülle temsil edilir: C6H12O6 = 2C02 + 2C2H5OH + 25 kcal / g mol.

Alkollü fermantasyonun bir sonucu olarak, şekerden (glikoz) kısmi oksidasyon ürünü - etil alkol - oluşur ve karbonhidratlarda bulunan enerjinin sadece küçük bir kısmı serbest bırakılır.

Anaerobik organizmaların bir örneği, yaşam için enerji alan, karbonhidratları özümseyen ve disimilasyon sürecinde alkolik fermantasyona maruz bırakan maya mantarları olarak işlev görebilir. Pek çok anaerobik mikroorganizma karbonhidratları laktik, bütirik, asetik asit ve tamamlanmamış oksidasyonun diğer ürünlerine parçalar. Bazı bakteri türleri sadece şekerler, amino asitler ve yağlar değil aynı zamanda idrarda bulunan üre ve ürik asit gibi hayvansal atılım ürünlerini ve dışkıyı oluşturan maddeleri de bir enerji kaynağı olarak kullanabilir. Birçok bakteri öldüren penisilin bile bir tür bakteri tarafından besin maddesi olarak kullanılır.

Böylece, organik bileşiklerin sentezlenmesi sürecinde, sanki içlerinde “korunmuş” veya sentezlerine harcanan kimyasal bağların enerjisini depolamış gibi. Organik maddelerin ayrışma ters işlemi sırasında tekrar serbest bırakılır. Enerji açısından, canlılar daha önce de belirtildiği gibi açık sistemlerdir. Bu, dışarıdan enerjiye, yaşam tezahürü ile ayrılmaz bir şekilde bağlanmış olan işleri yapmak için kullanılmasına izin veren ve aynı enerjiyi çevreye salıverdikleri, ancak örneğin, ısıyla dağılan ısı şeklinde, bozulmuş bir formda kullanmaları gerektiği anlamına gelir. çevre Sürekli sentez ve çürüme süreçleri, canlılarda özümseme ve özümseme nedeniyle, maddelerin sürekli bir dolaşımı ve enerjinin dönüşümü vardır. Ne kadar enerji emildiyse de, çoğaltılması sırasında serbest bırakılır. Disimilasyon sırasında salınan enerji, yaşamın özünü ve tüm tezahürlerini karakterize eden süreçleri gerçekleştirir.

<<< Назад

İleri \u003e\u003e\u003e