Organinių junginių susidarymas. Organinių medžiagų susidarymas Organinių medžiagų susidarymas
Kaip žinote, visas medžiagas galima suskirstyti į dvi dideles kategorijas – mineralines ir organines. Galima paminėti daug neorganinių ar mineralinių medžiagų pavyzdžių: druska, soda, kalis. Bet kokie jungčių tipai patenka į antrą kategoriją? Organinių medžiagų yra bet kuriame gyvame organizme.
Voverės
Svarbiausias pavyzdys organinės medžiagos yra baltymai. Jie apima azotą, vandenilį ir deguonį. Be jų, kai kuriuose baltymuose kartais galima rasti ir sieros atomų.
Baltymai yra vieni iš svarbiausių organinių junginių ir dažniausiai randami gamtoje. Skirtingai nuo kitų junginių, baltymai turi tam tikrų būdingų savybių. Pagrindinis jų turtas yra didžiulis molekulinė masė. Pavyzdžiui, alkoholio atomo molekulinė masė yra 46, benzeno – 78, hemoglobino – 152 000. Palyginti su kitų medžiagų molekulėmis, baltymai yra tikri milžinai, kuriuose yra tūkstančiai atomų. Kartais biologai jas vadina makromolekulėmis.
Baltymai yra sudėtingiausia iš visų organinių struktūrų. Jie priklauso polimerų klasei. Jei pažvelgsite į polimero molekulę po mikroskopu, pamatysite, kad tai grandinė, susidedanti iš paprastesnių struktūrų. Jie vadinami monomerais ir daug kartų kartojasi polimeruose.
Be baltymų, yra daug polimerų - gumos, celiuliozės, taip pat paprasto krakmolo. Taip pat daug polimerų buvo sukurta žmogaus rankomis – nailonas, lavsanas, polietilenas.
Baltymų susidarymas
Kaip susidaro baltymai? Tai yra organinių medžiagų, kurių sudėtį gyvuose organizmuose lemia genetinis kodas, pavyzdys. Jų sintezėje didžiąja dalimi atvejų naudojami įvairūs deriniai.
Taip pat naujos aminorūgštys gali susidaryti jau tada, kai baltymas pradeda funkcionuoti ląstelėje. Tuo pačiu metu jame randamos tik alfa-aminorūgštys. Pirminę aprašomos medžiagos struktūrą lemia aminorūgščių junginių likučių seka. Ir dažniausiai polipeptidinė grandinė, formuojant baltymą, susisuka į spiralę, kurios posūkiai yra arti vienas kito. Dėl vandenilio junginių susidarymo jis turi gana stiprią struktūrą.
Riebalai
Riebalai yra dar vienas organinių medžiagų pavyzdys. Žmogus žino daugybę riebalų rūšių: sviestą, jautienos ir žuvies riebalus, augalinius aliejus. Dideliais kiekiais riebalų susidaro augalų sėklose. Jei nulupta saulėgrąžų sėkla dedama ant popieriaus lapo ir prispaudžiama, ant lapo liks riebi dėmė.
Angliavandeniai
Ne mažiau svarbūs laukinėje gamtoje yra angliavandeniai. Jų yra visuose augalų organuose. Angliavandeniai yra cukrus, krakmolas ir skaidulos. Juose gausu bulvių gumbų, bananų vaisių. Bulvėse labai lengva aptikti krakmolą. Reaguodamas su jodu šis angliavandenis virsta Mėlyna spalva. Tai galite patikrinti įlašindami šiek tiek jodo ant bulvės griežinėlio.
Cukrus taip pat nesunku pastebėti – jų visų skonis saldus. Daug šios klasės angliavandenių yra vynuogių, arbūzų, melionų, obelų vaisiuose. Tai organinių medžiagų, kurios taip pat gaminamos dirbtinėmis sąlygomis, pavyzdžiai. Pavyzdžiui, cukrus išgaunamas iš cukranendrių.
Kaip gamtoje susidaro angliavandeniai? daugiausia paprastas pavyzdys yra fotosintezės procesas. Angliavandeniai yra organinės medžiagos, turinčios kelių anglies atomų grandinę. Juose taip pat yra keletas hidroksilo grupių. Fotosintezės metu cukrus neorganinių medžiagų susidaro iš anglies monoksido ir sieros.
Celiuliozė
Pluoštas yra dar vienas organinės medžiagos pavyzdys. Daugiausia jo yra medvilnės sėklose, taip pat augalų stiebuose ir jų lapuose. Pluoštas susideda iš linijinių polimerų, jo molekulinė masė svyruoja nuo 500 tūkst. iki 2 mln.
Gryna forma tai medžiaga, kuri neturi kvapo, skonio ir spalvos. Jis naudojamas fotografinių juostų, celofano, sprogmenų gamyboje. Žmogaus organizme skaidulos nepasisavinamos, tačiau yra būtina mitybos dalis, nes skatina skrandžio ir žarnyno darbą.
Organinės ir neorganinės medžiagos
Galite pateikti daug pavyzdžių, kai susidaro organinės medžiagos, o antroji visada gaunama iš mineralų - negyvų, kurie susidaro žemės gelmėse. Jie taip pat yra įvairių uolienų dalis.
Natūraliomis sąlygomis mineralų ar organinių medžiagų naikinimo procese susidaro neorganinės medžiagos. Kita vertus, iš mineralų nuolat susidaro organinės medžiagos. Pavyzdžiui, augalai sugeria vandenį su jame ištirpusiais junginiais, kurie vėliau pereina iš vienos kategorijos į kitą. Gyvi organizmai maistui naudoja daugiausia organines medžiagas.
Įvairovės priežastys
Dažnai moksleiviams ar studentams reikia atsakyti į klausimą, kokios yra organinių medžiagų įvairovės priežastys. Pagrindinis veiksnys yra tai, kad anglies atomai yra tarpusavyje sujungti naudojant dviejų tipų ryšius – paprastus ir daugybinius. Jie taip pat gali sudaryti grandines. Kita priežastis yra įvairių cheminių elementų, įtrauktų į organines medžiagas, įvairovė. Be to, įvairovę lemia ir alotropija – to paties elemento egzistavimo įvairiuose junginiuose reiškinys.
Kaip susidaro neorganinės medžiagos? Natūralios ir sintetinės organinės medžiagos ir jų pavyzdžiai tiriami tiek aukštojoje mokykloje, tiek specializuotoje aukštojoje mokykloje. švietimo įstaigų. Neorganinių medžiagų susidarymas nėra toks sudėtingas procesas kaip baltymų ar angliavandenių susidarymas. Pavyzdžiui, žmonės sodą išgauna iš sodos ežerų nuo neatmenamų laikų. 1791 m. chemikas Nicolas Leblanc pasiūlė jį susintetinti laboratorijoje, naudojant kreidą, druską ir sieros rūgštį. Kadaise šiandien visiems pažįstama soda buvo gana brangus produktas. Eksperimentui atlikti reikėjo kartu su rūgštimi padegti paprastąją druską, o po to susidariusį sulfatą kartu su kalkakmeniu ir medžio anglimi.
Kitas yra kalio permanganatas arba kalio permanganatas. Ši medžiaga gaunama pramoninėmis sąlygomis. Formavimo procesą sudaro kalio hidroksido tirpalo ir mangano anodo elektrolizė. Tokiu atveju anodas palaipsniui ištirpsta, kai susidaro violetinis tirpalas - tai yra gerai žinomas kalio permanganatas.
Augalų ir gyvūnų liekanas, besikaupiančias atmosferos uolienos paviršiuje ir jos daugiau ar mažiau viršutiniuose horizontuose galime stebėti įvairiausiais skilimo etapais arba 1) šiek tiek suirusių liekanų pavidalu, besikaupiančių laikui bėgant. įvairūs „veltiniai“ (miškuose - „miško veltinis“, stepėse - „stepė“), pasižymintys tokiu mažu jų sudedamųjų dalių skilimu, kad galime lengvai atskirti atskiras augalų ar gyvūnų dalis; arba 2) daugiau ar mažiau savo pirminę formą ir išvaizdą praradusių augalų (ir gyvūnų) dalių pavidalu; tada jie mums atrodo atskirų fragmentų pavidalu, įvairaus laipsnio deformuoti, paruduoti, subtilios, trupančios tekstūros ir struktūros. Ho, o šioje skilimo stadijoje jas galime atskirti nuo mineralinių uolienų dalelių įvairiais mechaniniais būdais - išgrynindami, nes vandenyje jos lengvesnės, kartais atrinkdami pincetu ir pan.; galiausiai, 3) tolimesnėje jų irimo stadijoje aprašytos liekanos visiškai praranda savo pirmines savybes ir taip glaudžiai susijungia su mineraline uolienos medžiaga, kad jos jau yra neatskiriamos nuo pastarosios jokiais mechaniniais metodais.
Šiai skilimo stadijai būdingas visiškas gautų produktų asimiliavimas mineraliniu uolienų pagrindu; atskirti šiuos produktus nuo mineralinės dalies galime tik taikydami energetinius cheminius metodus arba šiuos produktus sunaikindami (degindami).
Tokio glaudaus augalinių ir gyvūninių liekanų skilimo produktų cheminio derinio su atmosferos uolienų mineraline dalimi rezultatas yra ypatingų, vadinamųjų „organinių mineralinių“ junginių, kurie vienu ar kitu kiekiu kaupiasi dirvožemyje, kompleksas. , išsiskiria savo sudėties lyginamuoju stabilumu ir stiprumu ir suteikia dirvai daugiau ar mažiau tamsią spalvą. Ši produktų grupė, kuri yra tarsi neatskiriama dirvožemio dalis, „įsisavinama“ ir chemiškai surišta su ja, vadinama dirvožemio humusu (humusu).
Iš to, kas pasakyta aukščiau, aiškiai išplaukia, kad ne kiekvienas organinis junginys, esantis dirvožemyje, turėtų priklausyti humuso, arba humuso, dirvožemio junginių kategorijai. Taigi „laisvieji“ angliavandeniai, riebalai ir kt., kurie gali susidaryti dirvožemyje irstant augalinėms ir gyvulinėms liekanoms, dar neatstovauja tam organomineraliniam navikui, kurį vadiname humusu. Dėl dirvožemyje esančios gausios mikrofloros ir dėl dirvožemyje esančių įvairių fermentų minėti organiniai junginiai paprastai taip greitai ir lengvai virsta, kad tiesiogine to žodžio prasme gali būti vadinami trumpalaikiais ir trumpalaikiais junginiais. Tiesą sakant, tiesioginė analizė paprastai parodo labai kintantį ir kintantį jų kiekį tame pačiame dirvožemyje – dažnai net per labai trumpą laiką. Šie junginiai dėl sudėtingų sąveikos su dirvožemio mineraline medžiaga reakcijų, žinoma, gali tapti neatimami tolesniame jų likime. neatskiriama dalis dirvožemio humuso, tačiau jie gali, nerasdami tam tinkamų fizinių ir cheminių sąlygų, nebūti naujai susidariusio organinio mineralinio komplekso dalimi ir likti „laisvi“, nebūdami humuso komponentais.
Kalbant apie tuos mineralinius junginius, kurie visada yra augalų ir gyvūnų liekanų dalis, pastariesiems suyra, šie junginiai taip pat patiria dvigubą likimą: kai kurie iš jų išsivaduoja nuo to stipraus ir sudėtingas ryšys, kurioje jie buvo vieno ar kito organizmo gyvavimo metu su pastarųjų organiniais junginiais ir iškrenta dirvos paviršiaus horizontuose įvairių „grynų“ mineralinių darinių pavidalu (ten yra, kaip sakoma, „pilnas organinių likučių mineralizavimas“); kita dalis taip pat tiesiogiai dalyvauja to organo-mineralinio komplekso, apie kurį dabar kalbame, sintezėje ir konstravime.
Taigi ne visos mineralinės dirvožemio sudedamosios dalys ir ne visi jo organiniai junginiai yra humuso komplekso sudedamosios dalys.
Į dirvos humusinių medžiagų kategoriją taip pat privalome išskirti tas irstančių augalų bei gyvūnų liekanas, net ir stipriai deformuotas, kurias galime atskirti nuo dirvožemio masės mechaninėmis priemonėmis (šaknų sistemos liekanos, lapelių atraižos, vabzdžių chitino liekanos). viršeliai ir pan.).
Taigi mes skiriame sąvoką „organinis dirvožemio komponentas“ nuo „humuso dalies“. Antroji koncepcija yra pirmosios dalis. Šią aplinkybę reikia turėti omenyje visoje tolesnėje ekspozicijoje.
Šio sudėtingo komplekso, vadinamo dirvožemio humusu arba humusu, cheminė sudėtis vis dar labai menkai išaiškinta, nepaisant to, kad šio objekto tyrimai buvo pradėti labai seniai. Pagrindinė šio tyrimo trūkumo priežastis yra ta, kad dar nėra sukurti patikimi metodai, kaip kažkaip individualizuoti šį sudėtingą objektą, vis dar nėra būdų jį gauti kristaline forma ir pan.
Tačiau pastarieji metai pasižymėjo visa eile tyrimų, kurie gerokai pažengė į priekį tiriant šį kompleksą.
Tarp organinių junginių, sudarančių visas pirmiau minėtas objektų kategorijas natūralioje aplinkoje, prigimties, žinoma, stebime keletą laipsniškų perėjimų tiek tarp pirminių pagrindinės uolienos mineralų, tiek tarp galutinių jų skilimo produktų, o tarp nepaveiktų augalų (ir gyvūninių) liekanų skilimo procesų ir galutinių jų naikinimo fazių kiekviename dirvožemyje galime stebėti daugybę pačių įvairiausių tarpinių darinių.
Jei pradinėse uolienų ir mineralų dūlėjimo stadijose dominuojantį vaidmenį atlieka „gyvosios“ gamtos elementai, t.y. atmosferos ir hidrosferos elementai, tai vėlesniuose šių procesų vystymosi etapuose, kai šios uolienos įgyja gebėjimą suteikti gyvybę augmenijai, kuri nusėda ant jų ir kartu su jais pradeda praturtėti pastarųjų skilimo produktais, toks vaidmuo pereina biosferos elementams. Tai, kad mikroorganizmai ypač vaidina pagrindinį vaidmenį mirštančių organinių liekanų skilimo procesuose, buvo įrodyta dar 1862 m., atlikus puikų Pastero tyrimą.
Daugybė eksperimentų, kurių tikslas buvo išsiaiškinti aukštų temperatūrų ir įvairių antiseptinių medžiagų poveikį organinių medžiagų skilimui, galiausiai nustatė šią poziciją. Tačiau reikia pažymėti, kad kai kurie iš šių eksperimentų parodė, kad esant aukščiau nurodytoms sąlygoms skilimo procesai visiškai nesustojo, o buvo tik žymiai slopinami, todėl galima daryti prielaidą, kad šie procesai, nors ir labai nežymiai, gali vis dar kartais galioja grynai cheminė sąveika yrančios medžiagos gabalai. Bet kuriuo atveju paskutinei reiškinių kategorijai organinių medžiagų skilimo procesuose turėtų būti skiriamas daugiau nei kuklus vaidmuo.
Jei organinių medžiagų skilimo procesai dirvožemyje daugiausia yra biocheminiai procesai, tai aišku, kokias įvairias formas ir kryptis šie procesai gali įgauti dirvožemyje natūraliomis sąlygomis, priklausomai nuo vienokio ar kitokio oro antplūdžio, dirvožemio drėgmės, temperatūros sąlygų. , chemijos ir fizines savybes aplinkos ir kt.
Siekdami suprasti, kiek kiekvienu konkrečiu atveju gali nueiti organinių liekanų skilimas ir kokiais tarpiniais etapais kiekvienu atskiru atveju šis skilimas gali būti atidėtas, toliau nagrinėsime kiekvieno iš aukščiau paminėtų veiksnių reikšmę šiuose procesuose atskirai. be to, necituodami visos daugybės šiuo klausimu turimos literatūros, apsiribojame tik galutinių šioje srityje padarytų išvadų pranešimu.
Čia pristatomo tyrimo išeities taškas yra gerai žinoma pozicija, kad atranka anglies dvideginis nuo irstančių organinių medžiagų galima atpažinti kaip šio skilimo greičio ir energijos matą (Hoppe-Seuler). Tačiau atsižvelgiant į tai, kad dirvožemyje, lygiagrečiai su organinių medžiagų skilimo procesais, veikiant gyvybinei mikroorganizmų veiklai, procesai dažnai būna atvirkštiniai – sintetiniai – ir todėl išsiskiriančio anglies dioksido kiekis negali visada tarnauja kaip organinių medžiagų skilimo matas, galima pasitelkti kitą tyrimo metodą, ty tiesiogiai analizuoti mineralinių junginių kiekį, kuris yra atskirtas nuo į jo sudėtį įeinančios yrančios medžiagos.
Iš svarbiausių sąlygų, lemiančių organinių medžiagų skilimo greitį ir pobūdį, daugiausia dėmesio skirsime temperatūros poveikio, drėgmės laipsnio, oro pritekėjimo laipsnio, terpės cheminių savybių ir į patekusios drėgmės pobūdžio tyrimui. skaidanti medžiaga šiuose procesuose.
Temperatūros ir drėgmės įtaka. Išsamiausią tyrimą šiuo klausimu atliko Wollny.
Skilstanti medžiaga buvo patalpinta į U formos vamzdelius ir pro juos buvo leidžiamas oras be anglies dioksido. Šie vamzdeliai buvo dedami į vandens vonias, kur temperatūra buvo reguliuojama pagal pageidavimą.
Jei paimto objekto drėgnumas išliko pastovus, tai anglies dvideginio (CO2) kiekis didėjo kylant temperatūrai. Taigi ore, praeinančiame per vamzdelius, buvo anglies dioksido (komposto dirvoje):
Jei, savo ruožtu, temperatūra išliko pastovi ir padidėjo drėkinimo laipsnis, atitinkamai padidėjo ir CO2 kiekis:
Taigi irstančio substrato temperatūra ir drėgmė įtakoja mus dominantį procesą viena kryptimi.
Savo eksperimentuose keisdamas temperatūros ir drėgmės sąlygas priešingomis kryptimis, Wollny padarė išvadą, kad CO2 susidarymas intensyviausiai vyksta esant vidutinėms temperatūros ir drėgmės sąlygoms. Taigi, pavyzdžiui, kada
Panašius rezultatus gavo ir Fodoras, kurio tyrimai taip pat yra įdomūs, nes jis, be kita ko, dirbo labai aukštoje temperatūroje (iki 137 °). Visi jo eksperimentai visiškai patvirtino Wollny išvadas; be kita ko, jis teigė, kad esant labai aukštai temperatūrai anglies dvideginio išsiskyrimas iš irstančios masės, nors ir tęsėsi, buvo itin silpnas. Tolesni Peterseno tyrimai, susiję su organinių medžiagų irimo juodojoje žemėje ir su lapuočių medžių medienos irimu, taip pat Belleno ir velionio P. Kostychevo tyrimai – su nukritusiais beržo lapais, šviežiomis eglių spygliais ir šienu. bendra, kad temperatūra ir drėgmė tikrai veikia ta pačia kryptimi. , bet iki tam tikros ribos (didėjimo arba, atvirkščiai, mažėjimo kryptimi), kai dėl to jau buvo sutrikusi mikroorganizmų gyvybinė veikla, ir kai procesas, susijęs su tuo, judėjo į priekį labai silpnai ir vangiai.
Galutinę visų šių stebėjimų išvadą galima suformuluoti taip: organinių medžiagų skilimo energija pasiekia optimalų tam tikrą laiką. vidutinis drėgmė ir temperatūra. Drėgmės trūkumas sumažina šią energiją, taip pat ir jos perteklių, nes pastaruoju atveju sutrinka laisva oro cirkuliacija irstantioje masėje. Žemas ir aukštos temperatūros taip pat slopina aprašytą procesą.
Visų šių eksperimentų ir stebėjimų rezultatai, perkelti į natūralią aplinką, padeda mums kuo geriau suprasti priežastis, dėl kurių toje ar kitoje vietovėje kaupiasi to ar kitokios sudėties humuso kiekis. Kiekvienu konkrečiu atveju šiuos reiškinius visada galime susieti, viena vertus, su konkrečios vietovės klimato sąlygomis ir su tais veiksniais, nuo kurių priklauso mikroklimato situacija (kraštovaizdis, augmenija ir kt.), kita vertus, su tokiais reiškiniais. vidinis kompleksas fizinės ir cheminės savybės pats gruntas (šiuo atveju jo vandens ir šiluminės savybės), per kurį lūžta visi šį gruntą supančios gamtos elementai.
Terpės cheminių savybių įtaka. Mes apsiribosime tik pačiomis bendriausiomis nuostatomis, kurios egzistuoja šioje srityje.
Aplinkos rūgštingumas, remiantis Wollny ir daugelio kitų tyrėjų eksperimentais, slopina skilimo procesus, o tai, žinoma, yra visiškai suprantama, jei prisiminsime, kad bakterijų populiacijai - tai pagrindinis procesų sukėlėjas. aprašome, rūgščioji aplinka yra nuodai (tačiau grybų mikroflora iki tam tikros ribos šiam veiksniui, kaip žinome, yra nejautri).
Kalbant apie šarminės terpės reikšmę, šiuo klausimu pagyvensime šiek tiek arčiau ir turėsime omenyje tik kalcio karbonato poveikį mus dominantiems procesams, nes būtent su šiuo junginiu mes dažniausiai tenka spręsti aptariant, pavyzdžiui, tokių įprastų pirminių uolienų, kaip liosas, priemolis ir kt., daug kalcio karbonatų darinių, įtakos organinių medžiagų skilimo energijai klausimą.
Ne taip seniai buvo manoma, kad CaCO3 (kalcio karbonatas) žymiai pagreitina organinių medžiagų skilimo greitį. Praktikoje Žemdirbystė dar visai neseniai buvo paplitusi nuostata, kad „kalkės, praturtindamos tėvus, žlugdo vaikus“, t. laikinai jie labai padidina dirvožemio derlingumą, bet kartu atima iš dirvožemio tiekimą šių junginių, iš kurių vėlesni augalai galėtų pasisemti maisto. Šis klaidingas įsitikinimas, be kita ko, buvo pagrįstas Peterseno tyrimais.
Petersenas atliko savo eksperimentus su dirvožemiu, kuriame buvo 58% humuso (t. y. su dirvožemiu, kuris aiškiai rūgštus), ir pagal CO2 kiekį konstatavo beveik trigubą šių dujų kiekį, kai į dirvožemį buvo pridėta kalcio karbonato, iš kurio minėtas autorius padarė išvadą, kad kalkės žymiai pagreitina organinių medžiagų irimą. Kitame eksperimente Petersenas veikė su kalkingu dirvožemiu - nemodifikuotu, taip pat su tuo pačiu dirvožemiu, bet anksčiau apdorotu, kad pašalintų kalkes. vandenilio chlorido rūgštis. Rezultatai buvo tokie patys. Pirmuosius minėto mokslininko eksperimentus vėliau sąžiningai „kritikavo velionis P. Kostyčevas, atkreipęs dėmesį pirmiausia į tai, kad dirvožemis, kuriuo manipuliavo Petersenas, neabejotinai buvo rūgštus, turintis daug laisvųjų humuso rūgščių. Akivaizdu, kad į tokį dirvožemį įpylus kalcio karbonato, terpės vidurkis, susidarė palankios sąlygos irimo procesams. Kalbant apie kitą Peterseno eksperimentų grupę, pastaroji pasigedo išankstinio dirvožemio apdorojimo druskos rūgštimi, kuri turėjo turėti neigiamą poveikį dirvožemio bakterinei florai.
Tolesni P. Kostychevo eksperimentai su sumedėjusia lapija ir su chernozem dirvožemiais parodė, kad kalcio karbonato pridėjimas, priešingai, visada sumažino skilimo energiją. Panašius rezultatus gavo Wollny, Reitmair, Kossovich ir kt.Tik išskirtiniais atvejais, kai dirvos terpėje yra daug laisvųjų humuso rūgščių, kalkių pridėjimas gali paskatinti irimo procesus.
Kaip žinoma, černozemo dirvožemių humuso padidėjimas iš dalies paaiškinamas apsauginiu vaidmeniu, kurį atlieka kalcio junginiai, kurie yra stepių zonoje dažniausiai pasitaikančių pirminių uolienų dalis (losas, priemolis ir kt.).
Atsižvelgiant į tai, kad kalcis yra energetinis koloidinių medžiagų (tiek organinių, tiek mineralinių) koaguliatorius, šiam elementui turime priskirti ir energetinio humuso junginių fiksatoriaus dirvos stulpelyje vaidmenį. Kalcio junginių praradimas dirvožemyje dėl vienokių ar kitokių priežasčių, kaip žinote, apima visiško jo degeneracijos („degradacijos“) procesus - dalies humuso medžiagų praradimą išplaunant ir pan.
Oro srauto įtaka organinių medžiagų skilimui. Norėdamas išsiaiškinti oro, kaip vieno iš organinių medžiagų skaidymosi veiksnių, vaidmenį, Wollny atliko tokį eksperimentą: kvarcinio smėlio ir durpių miltelių mišinys, sudrėkintas iki tam tikros ribos, buvo patalpintas į U formos vamzdelius, pro kuriuos buvo praleidžiamas skirtingo deguonies kiekio oras, taip pat grynas azotas ir grynas deguonis. Anglies dioksido kiekis buvo nustatomas kas 24 valandas. Eksperimentų rezultatai parodė, kad organinių medžiagų skilimas didėja didėjant deguonies procentui ore. Priešingai, pastarosioms sumažėjus, o juo labiau šias dujas pakeitus kokiomis nors indiferentiškomis dujomis (pavyzdžiui, azotu), anglies oksidacija organinėse medžiagose buvo stipriai slopinama. Deguonies trūkumas, tekantis į irstančią medžiagą, turi įtakos ne tik šio irimo energijos mažėjimui, bet atsispindi ir pačioje proceso prigimtyje. Šiuo požiūriu įprasta skirti rusenimo (t. y. skilimo, kai patenka oro) ir skilimo (t. y. skilimo anaerobinėmis sąlygomis) procesą.
Jei organinės liekanos suyra visiškai patenkant į orą (aerobinis procesas yra „rukimo procesas“), tai šie procesai yra grynai oksidacinio pobūdžio, o organinės medžiagos irimas gali tęstis be paliovos (žinoma, jei to nėra). šiuos reiškinius slopinančius veiksnius) iki tokių produktų kaip vanduo, anglies dioksidas, azoto, sieros, fosforo ir kitų rūgščių druskos. Tuo pačiu metu tarsi išsiskiria mineralinės medžiagos, kurios buvo irimo liekanų pelenų elementų dalis. Vyksta organinių likučių „mineralizacija“.
Rūkymas paprastai vyksta labai išsiskiriant šilumai.
Anaerobinių procesų („puvimo proceso“) metu nustatome daugybę nepilnai oksiduotų junginių, tokių kaip metanas (dėl celiuliozės, krakmolo, pentozanų ir kt. anaerobinės metano fermentacijos), vandenilio sulfidas (būdingas baltymų skilimo produktas). ), vandenilis (celiuliozės vandenilinės fermentacijos produktas), vandenilio fosfidas, amoniakas, azotas ir kt. Be to, tarp anaerobinio skilimo produktų matome tokias tarpines baltymų skilimo formas kaip indolas, skatolas ir kt. irstanti masė, aprašytomis sąlygomis susidaro daug organinių rūgščių - riebalų rūgščių (pradedant skruzdžių ir baigiant aliejumi su aukštesniais homologais), vėliau pieno rūgštis, benzenkarboksirūgštis, gintaro ir kt. Organinės rūgštys palaipsniui kaupiasi dideliais kiekiais, nerasdamos palankių sąlygos tolesniam jų irimui dėl oro trūkumo, sustabdo mikroorganizmų vystymąsi, o tolesnis organinės medžiagos irimas gali visiškai sustoti.
Rūkimas ir skilimas, žinoma, yra tik ekstremaliausios organinių medžiagų skilimo formos, tarp kurių galimi įvairūs tarpiniai etapai.
Drėgmės pritekėjimo į suyrančią medžiagą prigimties įtaka. Be aukščiau išvardintų veiksnių, organinių medžiagų skilimo energiją ir pobūdį labai smarkiai įtakoja irstančios medžiagos tiekimo drėgmei pobūdis (S. Kravkovas). Tiesiogiai tiriant mineralinių junginių kiekį, kuris atsiskiria nuo įvairių pūvančių augalų liekanų tuo atveju, kai šie likučiai sistemingai atsiranda plaunant vandeniu (t. y. kai skilimo produktai nuolat pašalinami iš sąveikos sferos tarpusavyje) , o tuo atveju, kai šie produktai visada išlieka sąveikoje su irstančia medžiaga, konstatuota, kad pirmuoju atveju, irstantioje masėje, gausiai kaupiasi rūgštiniai produktai, stabdantys tolimesnę skilimo procesų eigą, antruoju – šie produktai. procesai, priešingai, visą laiką vyksta labai energingai. Atidžiau ištyrus šį reiškinį, paaiškėjo, kad skalbiant irstančią medžiagą, ši medžiaga labai greitai praranda šarminių žemių bazes, o tai prisideda prie nesočiųjų rūgščių produktų kaupimosi irstančioje masėje, kurie slopina. šis procesas.
Tuos pačius reiškinius S. Kravkovas nustatė ir dirvožemių atžvilgiu. Šios dar 1911 m. padarytos išvados geriausiai paaiškinamos šiandien K. Gedroito mokymų apie „dirvožemį sugeriantį kompleksą“ požiūriu.
Apibūdintų faktų reikia nepamiršti tiriant organinių medžiagų kaupimosi ir irimo sąlygas skirtingo vandens laidumo dirvose, esančiose skirtingomis reljefo sąlygomis ir kt.
Be aukščiau aptartų veiksnių, skilimo procesų energijai įtakos turi ir daugybė kitų sąlygų: skaidančios medžiagos smulkumo laipsnis (kuo didesnis miegas, tuo didesnis kontakto su atmosferos veiksniais: temperatūra, drėgmės paviršius). , oro deguonis ir kt., skilimo procesai vyksta energingiau), skaidančios medžiagos cheminė sudėtis (greičiausiai skaidosi baltyminės medžiagos, cukrūs, kai kurios organinės rūgštys; sunkiau - celiuliozė, ligninas, kamštienos medžiagos; galiausiai - dervos, vaškinės medžiagos, taninai ir kt.). Šiuo požiūriu žinios apie tų augalų asociacijų, kurios kiekvienu konkrečiu atveju dalyvauja kuriant to ar kito dirvožemio organines medžiagas, cheminę sudėtį yra būtinos.
Perkeldami visas šias išvadas į gamtą, jau dabar galime numatyti, kad organinių medžiagų skilimo pobūdis ir energija turi atspindėti dar jautresnę reakciją į vienokių ar kitokių medžiagų pokyčius. išorinis veiksnys viena ar kita kryptimi nei aukščiau aptarti mineralų ir uolienų dūlėjimo procesai. Realybė visiškai patvirtina šią prielaidą: tam tikrame dirvožemyje susikaupusio humuso kiekis, jo kokybinė sudėtis, cheminės savybės ir pan. (ir gyvūnų) pasaulis ir, galiausiai, su pagrindinės uolienos savybėmis ir visu paties dirvožemio vidinių fizikinių-cheminių ir biologinių savybių kompleksu.
Apsvarstę sąlygas, nuo kurių priklauso mirštančių organinių liekanų skilimo energija ir pobūdis, dabar pereiname prie šio skilimo produktų cheminės sudėties ir savybių tyrimo.
Kaip ir mineralinėje dirvožemio dalyje, mes išskiriame, viena vertus, pirminių mineralų ir uolienų reliktus (likučius), kurie patenka į dirvožemį be reikšmingo vidinės cheminės prigimties pasikeitimo, o kita vertus, daugumą. įvairių tarpinių jų atmosferos produktų iki gana sudėtingų jų atstovų toliau kinta (skirtinguose dirvožemio vystymosi etapuose – skirtingos sudėties ir savybių), todėl organinėje dirvožemių dalyje taip pat galime rasti laipsnišką perėjimą nuo „pirminio“. „organiniai junginiai, kurie yra negyvo augalo dalis, lieka nepaliesti skilimo procesų ir gyvūnų, iki tokių organinių junginių, kurie minėtos medžiagų kategorijos atžvilgiu taip pat galėtų būti vadinami „naujomis dariniais“ ir kurie taip pat gali būti atpažįstami kiekviename šis etapas dirvožemio vystymasis, palyginti silpnai atsparus tolesniam irimui.
Prie santykinai aukštu stabilumu pasižyminčių organinių medžiagų skilimo produktų turime priskirti aukščiau paminėtas humusines medžiagas. Jų stabilumas paaiškina palyginti silpnus svyravimus per tam tikrą laikotarpį. kiekybinė sudėtis humuso viename ar kitame dirvožemio tipe, viename ar kitame jo skirtume. Žinoma, evoliucijos procese, kurį patiria kiekvienas dirvožemis, šios medžiagos neišvengiamai taip pat aktyviai dalyvauja - net iki visiško jų sunaikinimo ir vėlesnės mineralizacijos, tai yra iki tol, kol mineraliniai junginiai iš jų iškrenta - laisvos formos. ir iki „organogenų“ pavertimo tokiais galutiniais produktais kaip CO2, H2O ir kt.
Nepaisydami tų praeinančių ir „prabėgančių“, taigi nenuoseklių ir nebūdingų skilimo produktų, apie kuriuos kalbėjome aukščiau, sudėties ir savybių svarstymo, toliau pereisime prie to specifinio dirvožemio darinio, vadinamo humuso, tyrimo.
Dirvožemio humuso junginiai, kurie atlieka tokį svarbiausią vaidmenį dirvožemio formavime ir augalų gyvenime, jau seniai patraukė daugelio tyrėjų dėmesį. Nepaisant to, vis dar neįmanoma iki galo suprasti viso reiškinių, susijusių su humuso geneze, jo sudėtimi ir savybėmis, komplekso.
Norint suprasti dirvožemio humuso sudėtį ir savybes, jau seniai naudojamas analitinis kelias: jau seniai buvo bandoma vienaip ar kitaip atskirti šį sudėtingą kompleksą nuo visos dirvožemio masės, po to atliekama jo sudėties analizė ir savybes.
Sprengel pasiūlytas humusinių medžiagų ištraukimo iš dirvožemio metodas, kuris iki šiol neprarado savo reikšmės Grandeau modifikacijoje, yra dirvožemio apdorojimas tam tikru šarminiu karbonatu (natrio karbonatu, kalio karbonatu arba amoniako karbonatu). Ilgai ir pakartotinai plaunant dirvožemį minėtais reagentais, dažnai galima pasiekti beveik visišką šio dirvožemio spalvos pasikeitimą ir gauti juodą arba rudą skystį filtrate, kuris yra šarminis tiriamo dirvožemio humuso medžiagų tirpalas. („juodoji medžiaga“). Atsižvelgiant į tai, kad tam tikroje dalyje į „juodosios medžiagos“ tirpalą gali patekti tos dirvožemio mineralinės medžiagos, kurios tiesiogiai nepriklauso humuso junginiams (smulkiausių suspensijų pavidalu), min. minėtas filtravimas šiuo metu dažniausiai atliekamas naudojant specialius filtrus, kurie gali visiškai atitolinti šias suspensijas (naudojant pvz. Chamberlain molines žvakes ir pan.).
Kaip parodė tyrimai, visų humuso junginių tokiu būdu izoliuoti vis dar neįmanoma: kad ir kiek ilgai ir pakartotinai apdorotume dirvą anglies šarmais, pastaruosiuose beveik visada yra tam tikras kiekis organinių medžiagų, kurios negali ištirpti ir pasišalinti. . Literatūroje yra duomenų, kad kai kuriuose dirvožemiuose yra nuo 15 iki 30 ir net 40% visos šiuose dirvožemiuose esančios organinių medžiagų masės, o tai, be abejo, rodo itin svarbų ir neatidėliotiną artimiausio tyrimo poreikį. ši neišgaunama dirvožemio humuso dalis. Ankstesni tyrinėtojai šiuos šarmų neskaidomus junginius vadino „abejingomis“ dirvožemio humuso medžiagomis (humin – tamsesnės spalvos, ulminas, heinas ir kt. – rusvai).
Dalies humusinių dirvožemių medžiagų pavertimo šarminiu ekstraktu procesas, kaip aptarta aukščiau, dažniausiai buvo laikomas įvairių humusinių rūgščių tirpių šarminių druskų susidarymu.
Šioje rūgščioje dirvožemio humuso dalyje buvę tyrinėtojai išskyrė: 1) ulmo rūgštį, 2) humino rūgštį, 3) krienų rūgštį (raktas) ir 4) apokreninę rūgštį (nuosėdinį raktą), ir buvo manoma, kad ulmo ir humuso rūgštys yra. mažiausiai oksiduota dirvožemio humuso dalis, tai yra, jie yra jauniausi ir labiausiai pradinė forma tam tikrų organinių junginių, dalyvavusių jo sintezėje, skilimas; kreno rūgštis yra labiau oksiduotas produktas nei pirmiau minėti; galiausiai apokreno rūgštis yra dar labiau oksiduota medžiaga, apibūdinanti dar gilesnį tų organinių junginių, kurie dalyvauja dirvožemio humuso statyboje, skilimą.Kiekvienas iš aukščiau paminėtų siūlomų humuso komponentų buvo laikomas specifiniu cheminiu individu ir buvo aprengtas įvairiomis medžiagomis. autoriai įvairiose specifinėse cheminėse formulėse.
Daugelio mokslininkų teigimu, aukščiau išvardyti dirvožemio humuso komponentai turi šias savybes:
Humino rūgštis (ir šalia jos ulminė) – juoda; labai mažai tirpsta vandenyje. Jo druskos („humatai“) – seskvioksidai, taip pat kalcio, magnio ir geležies oksido druskos taip pat netirpios. Tirpios yra tik jo šarminės druskos (kalio, natrio, amonio).
Krepo rūgštis („raktinė“ rūgštis) – lengvai tirpsta vandenyje; jo vandeninis tirpalas yra bespalvis. Jo druskos („krenatai“) – šarminės, šarminės žemės ir geležies oksido druskos – lengvai tirpsta. Tą patį reikia pasakyti apie aliuminio oksido rūgštines druskas; seskvioksidų druskos – vidutinės, taip pat manganas ir varis – sunkiai tirpsta vandenyje.
Apokreno rūgštis („nuosėdinė rūgštis“) yra šiek tiek mažiau tirpi vandenyje nei kreno rūgštis. Jo šarmų ir geležies oksido druskos („apokrenatai“) lengvai tirpsta vandenyje; šarminių žemių bazių druskos - šiek tiek sunkesnės; seskvioksido, mangano ir vario druskos sunkiai tirpsta.
Aprašytos dirvožemio humuso komponentų savybės yra ir esamų atskirų jų gamybos būdų pagrindas.
Humuso, kaip įvairios, apibrėžtos rūgščių ir jų druskų sudėties komplekso, idėją palaiko ir nemažai šiuolaikinių tyrinėtojų. Taigi, Sven-Oden dirvožemio humuso sudėtyje išskiria šiuos junginius:
Humuso anglys (atitinka buvusių autorių ulminą ir huminą). Jie yra „humio“ ir himomelano rūgščių anhidridai. Jie netirpsta vandenyje ir nesudaro koloidinių tirpalų. Dengtas juodai arba tamsiai rudai.
Humino rūgštis; atitinka ankstesnių autorių humino rūgštį su visomis savo savybėmis (labai mažai tirpsta vandenyje ir alkoholyje; visos jos druskos, išskyrus šarmines, taip pat netirpios; su vandeniu gali duoti koloidinius tirpalus; rūgštis juoda- rudos spalvos).
Himatomelano rūgštis; atitinka buvusių autorių ulmo rūgštį. Ruda spalva. Savo savybėmis panaši į humino rūgštį, bet tirpsta alkoholyje. Su vandeniu gaunami koloidiniai tirpalai.
Fulvo rūgštys atitinka ankstesnių autorių krepo ir apokrenines rūgštis. Lengvai tirpsta vandenyje, kaip ir dauguma jų druskų. Dažytas geltonai.
Taigi Sven-Odenas, remdamasis savo tyrimais, pripažįsta, kad humusinės dirvožemio medžiagos iš tiesų yra tam tikri cheminiai junginiai (rūgštys ir jų dariniai), tačiau iš dalies, būdami koloidinėje būsenoje, gali duoti ir vadinamųjų. „absorbuojantys junginiai“.
Lygiagrečiai su bandymais išsiaiškinti komponentų, sudarančių dirvožemio humusingą medžiagą, prigimtį, jau ilgą laiką vyksta aktyvūs moksliniai tyrimai, siekiant išsiaiškinti. vidinė struktūrašis sudėtingas kompleksas. Ypatingas dėmesys buvo atkreiptas į jungties su pelenų medžiagų ir jo azoto junginių humuso „šerdimi“ prigimtį ir stiprumą.
Remiantis kai kuriais darbais galima manyti, kad dirvožemio humusą sudarantys organiniai-mineraliniai junginiai yra paprastos ir dvigubos huminių rūgščių druskos, kur pelenų medžiagos yra susietos su organinėmis medžiagomis kaip bazių ryšiai su rūgštimis, taip paklūsta dėsniams. paprastų cheminių reakcijų (Schibler, Mulder, Pitch). Kita vertus, yra įrodymų, kad pelenų medžiagos yra daug tvirčiau įterptos į humusą ir negali būti visiškai išgaunamos iš paskutinis būdas apdorojant jį įprastiniais metodais, bet tik po visiško sunaikinimo (pavyzdžiui, sudeginus). Apie tai turime ir ankstesnių autorių duomenų. Taigi, pavyzdžiui, Rodzianko, pakartotinai nusodinęs humusą ir apdorojęs jį 30% druskos rūgštimi, vis dėlto rado jame apie 1,5% pelenų. Visi šie tyrimai leidžia manyti, kad mineralų yra pačioje humuso komplekso molekulėje.
Daugelio mokslininkų (Gustavson) teigimu, humusinėje medžiagoje, be rūgščių vandeninių likučių, yra ir alkoholio likučių, kurių vandenilis gali būti pakeistas silpno rūgštinio pobūdžio metalais (geležis, aliuminis). Būtent šių poliatominių metalų nemažas kiekis yra humusinės medžiagos pelenuose ir gali būti jungtis tarp likusios mineralinės mineralinio junginio dalies (P2O5, SiO2, iš dalies prisotintos kitomis bazėmis) ir organinėmis medžiagomis. . Toks junginys neturėtų būti skaidomas šarmais, nes, kaip žinoma, alkoholio vandeninių likučių vandenilis negali būti pakeistas šarminio pobūdžio radikalais.
Be to, Hoppe-Seyler darbai, kurie parodė, kad humuso medžiagos su šarminiu šarmu ir vandeniu, kaitinant iki 200 ° C, suteikia protokatechino rūgštį (vieną iš dioksbenzoinės rūgšties), rodo, kad humuso komplekse yra fenolio vandeninių likučių ( patvirtino naujausius tyrimus– F. Fišeris).
Reinitzeris, teigęs humino rūgšties gebėjimą atkurti Fehlingo skystį, linkęs manyti, kad joje taip pat yra aldehido grupė arba hidroksilo grupė, kaip fenolyje, arba abi. Yra tam tikrų požymių, kad humino rūgšties sudėtyje yra karboksilo grupių. Levakovskis, P. Slezkinas, S. Kravkovas mano, kad humuso ryšys tarp organinių ir mineralinių dalių yra toks pat stiprus, koks yra šviežioje augalinėje medžiagoje, o dalį pelenų dalių tumus gauna tarsi „paveldėti“ iš humuso buvęs. Šiuo požiūriu humuso pelenų medžiagos patenka į pačią organinės medžiagos molekulę, o humuso kompleksas į dirvą iš mirštančių augalų (ir gyvūnų) liekanų tam tikru mastu patenka „paruošta“, t.y. grynai organinė, bet mineralinė-organinė medžiaga, kuri tarsi baigia vėliau, patekusi į dirvą, galutinį formavimąsi pridedant nemažai kitų pelenų elementų jau iš dirvos. Tam tikrą šio požiūrio patvirtinimą randame vėlesniuose B. Odincovo ir Gartnerio darbuose, kurie iš pūvančių augalų liekanų gavo ekstraktus, savo sudėtimi ir savybėmis labai panašius į dirvos humusą.
Daug tyrimų buvo skirta konkretesniam klausimui – kokia forma yra azotas dirvožemyje. Yra įrodymų, kurie nekelia abejonių, kad šio elemento iš dalies yra humuso amoniako junginių pavidalu, o tai įrodo galimybė šiuos junginius pašalinti virinant humusines medžiagas šarminiais šarmais ir pakartotinai nusodinant rūgštimis. Tenaras, iš stipriai supuvusio mėšlo, ištraukė rūgštį, kuri, 10 kartų ištirpinus KHO ir nusodinus rūgštimi, azoto kiekio nesumažino; todėl autorius padarė išvadą, kad šis azotas nėra amoniakinis, o priklauso pačios rūgšties dalelei ir gali būti iš jos išstumtas tik tada, kai medžiaga visiškai sunaikinama, pavyzdžiui, susiliejus su šarminiu šarmu ir pan. Kiti mokslininkai taip pat teigė, kad dirvožemyje yra kai kurių – atidžiau netirtų – labai stiprių azoto junginių. Berthelot, Andre darbai parodė, kad azotas dirvožemio humuse yra žinomoje dalyje amidų ir aminorūgščių pavidalu. Tuo pačiu metu paskutinių mūsų įvardytų autorių eksperimentai parodė, kad, be amido ir aminorūgščių (ir amoniako) azoto, dirvožemio humusas turi šiek tiek (nuo 20 iki 66% viso azoto kiekio) šis elementas tam tikra forma (kurioje liko neaiškus), neskaidomas nei šarmų, nei azoto rūgšties. Kai kurie tyrinėtojai šią stabilią azotinę humuso dalį laiko gyvulinės kilmės medžiagų (keratino, chinino ir kt.) liekanomis. Velionis P. Kostyčevas šias azotines medžiagas laikė gyvų bakterijų ir grybų, gyvenančių ant dirvos humuso, dalimi. Egzistuoja prielaida (Demyanovas), kad baltyminių medžiagų yra humuso, bet ne laisvos formos (kurioje jos yra trapios ir lengvai skaidomos – tiek nuo cheminių reagentų, tiek veikiamos fermentų), o stipresnio derinio su kitais. rūgštinės medžiagos, pavyzdžiui, su tanino ir fosforo rūgštimis ir galiausiai su azoto neturinčiomis humino rūgštimis arba su dehidratuota vaskuloze. Yra rimtų priežasčių įtarti, kad dirvožemio humuse yra azoto, kuris priklauso nukleinams, nukleoproteinams, lecitinui ir kt. Baltymų buvimą dirvožemio humuse patvirtina A. Shmuk darbai.
Pasiektos sėkmės, ypač už pastaraisiais metais, koloidinė chemija, gali neatsispindėti kai kuriose dirvožemio mokslo nuostatose ir, visų pirma, galėjo nevaidinti reikšmingas vaidmuo ir išaiškinant tikrąją huminių medžiagų prigimtį. Van Bemmelen, Fischer, Ehrenber g darbai ir puikūs rusų mokslininko K. Gedroits tyrimai leidžia dirvožemio humusines medžiagas tam tikru mastu laikyti koloidinės būsenos junginiais. Prie to mus veda daugybės ypatingų šių medžiagų savybių tyrimas. Taigi, jų gebėjimas koaguliuoti iš tirpalų veikiant rūgštims ir druskoms, šalčiui ir elektros srovė, stipriausias jų vandens įsisavinimas ir dėl to stipriausias gebėjimas išsipūsti, o po džiovinimo – stipriausias tūrio sumažėjimas, labai silpnas elektrolitinis laidumas, humusinių medžiagų atliekamų virsmų pajungimas dėsniams paviršiaus įtempimas, o ne stechiometriniai dėsniai, humuso medžiagų gebėjimas nusodinti priešingai įkrautų koloidų zolius, gebėjimas sudaryti sudėtingus mišinius ir sudėtingus adityvinius produktus ir kt. – visa tai patvirtina, kad humuso medžiagų akivaizdoje matome kompleksą. junginių, kurie tam tikroje dalyje yra koloidinės būsenos, kompleksas.
Šiuo požiūriu kai kurios aukščiau aptartos humusinių medžiagų savybės turėtų būti pateiktos kiek kitokiu pavidalu. Taigi pelenai, pavyzdžiui, dalis humuso medžiagų, turėtų būti laikomi ne kokiu nors konkrečiu cheminiu junginiu, o kaip „absorbuojančiu junginiu“; humusinių medžiagų tirpalai šarmuose turi būti ne tikri tirpalai, o pseudo-tirpikliai, kurie yra dviejų ir trijų reikšmių katijonų (Ca ++, Mg ++, Al +++, Fe +) nusodinantis poveikis humusinėms medžiagoms. ++) – kaip krešėjimo, krešėjimo, gelio susidarymo procesas ir tt W. Gemmerling teigimu, humuso medžiagų dispersija didėja lygiagrečiai su jų oksidacijos laipsniu ir lygiagrečiai su jų aktyvumu. Šiuo požiūriu W. Gemmerlingas mažiausiai išsibarsčiusiais kūnais laiko huminą ir ulminą, o labiausiai – krepą ir apokrenines rūgštis.
Tačiau Baumanno ir Gully darbuose minėti kitų van Bemmelenn požiūriai rado kraštutinę išraišką; minėti autoriai bandė įrodyti, kad humusinės rūgštys niekada nesudaro tikrų druskų, kad visi junginiai, kurie buvo apibūdinti kaip druskos, iš tikrųjų neturi nei sudėties pastovumo, nei gebėjimo joninėms reakcijoms, būdami išimtinai „absorbciniai (adsorbciniai) junginiai“. . Šiuo metu šias nuomones turime laikyti perdėtomis, nes, kaip minėjome aukščiau, koloidinės būsenos dirvožemyje gali būti tik dalis huminių medžiagų; be to, reikia pažymėti, kad koloidinė medžiagos būsena neatmeta medžiagos gebėjimo dalyvauti cheminėse reakcijose.
Remiantis daugybe vėlesnių tyrimų, reikia manyti, kad nė viena iš aukščiau paminėtų "rūgščių" neatspindi konkretaus cheminio individo, o atskirai paimta, yra sudėtingas įvairių junginių kompleksas. Šiuo požiūriu esami dirvožemio humuso atskyrimo į aukščiau paminėtus komponentus metodai turi būti laikomi sąlyginiais, o žodžiais „humusinės“, „krepinės“ ir „apokreninės“ rūgštys reiškia tik vienalyčių jų fizinių ir fizinių savybių rinkinį. cheminės savybės kompleksai.
Tai rodo ankstesni autoriai (Post, Muller, Reinitze, Berthelot ir kiti), kurie teigė, kad organinėje dirvožemio dalyje yra daug labai įvairių organinių junginių (dervų ir riebalų, glicerolio, nukleinų, aldehidų ir daugelio kitų). kiti). ); Tačiau ši nuostata sulaukė ypač stipraus pagrindimo po amerikiečių mokslininkų darbų (Schreiner ir Shorey ir kt.). Pastarieji, siekdami ištirti humuso junginių sudėtį ir savybes, įvairiuose Amerikos dirvožemiuose panaudojo daugybę pačių įvairiausių reagentų – siekdami iš dirvožemių išgauti pačias įvairiausias organinių junginių grupes, kokias galima būtų rasti šie dirvožemiai. Šiuo tikslu jie kaip tirpiklius naudojo šarminius šarmus, mineralines rūgštis, alkoholį, naftą ir etilo eterį ir kt.).
Iš rastų rūgščių buvo: monooksistearinės, dioksistearinės, parafininės, lignocerinės, agrocerinės, oksalo, gintaro, krotoninės ir kitos rūgštys.
Iš angliavandenių buvo rasta: pentozanų, heksozės ir kt.
Iš angliavandenilių: entriakontanas.
Iš alkoholių: fitosterolio (iš cholesterolio medžiagų grupės), agrosterolio, manitolio ir kt.
Iš esterių: dervų rūgščių esteriai, kaprio ir oleino rūgščių gliceridai ir kt.
Iš azotinių medžiagų: trimetilamino, cholino.
Diamino rūgštys: lizinas, argininas, histidinas ir kt.
Citozinas, ksantinas, hipoksantinas, kreatinas.
Pikolino karboksirūgštys ir nukleino rūgštys.
Be minėtų junginių, daugelyje dirvožemių buvo išskirta benzenkarboksirūgštis, vanilinas ir daugelis kitų. kiti
Iš visų išvardytų medžiagų humino rūgštyje (t. y. nuosėdose, susidariusiose apdorojant šarminį ekstraktą druskos rūgštimi) vyravo: dervų rūgščių esteriai, dervų rūgštys, riebalų rūgščių gliceridai, agrosterolis, fitosterolis, agrocero, lignocero, parafino rūgštys ir kt.; kreninių ir apokreno rūgščių sudėtyje (t. y. rūgščiame filtrate iš aukščiau paminėto nuosėdų) buvo rasta: pentozanų, ksantino, hipoksantino, citozino, histidinas, arginino, dioksistearino ir pikolino karboksirūgšties ir kt.
Įdomu pastebėti, kad pakartotinai apdorojant dirvožemį šarminiais šarmais (2 %), pastaruosiuose vis dar buvo nemažai organinių junginių, kurie nepraėjo į tirpalą (ankstesnių autorių „humin“ ir „ulmin“).
Žinoma, dabar nekyla abejonių, kad vadinamosios huminės, krepinės ir apokreninės rūgštys neatspindi jokių specifinių cheminių individų, o kiekviena atskirai paimama įvairių organinių junginių mišiniu. Tačiau minėti amerikiečių mokslininkų darbai niekaip neišsprendžia problemos, susijusios su humuso sudėties išaiškinimu, nes lieka neaišku, ar jie nustatė visas aukščiau išvardytas medžiagas tirtų dirvožemių organinėje dalyje apskritai, ar būtent jų sudėties humuso dalis (prisiminkime šių dviejų sąvokų skirtumą, kurį padarėme aukščiau). Atvirkščiai, turime daryti prielaidą, kad visi aukščiau iš dirvožemio išskirti organiniai junginiai yra apskritai organinės dirvožemio dalies komponentai; bet kurie iš jų yra dirvožemio humuso dalis, lieka neaišku. Pats faktas, kad dirvožemyje yra visų tų organinių junginių, kurie yra augalų ir gyvūnų liekanų dalis, taip pat įvairių tarpinių šių junginių skilimo formų buvimas juose, žinoma, nekelia jokių abejonių. Todėl amerikiečių mokslininkų atlikti tyrimai vargu ar pajudina mus į priekį sprendžiant klausimą dėl to organinio-mineralinio dirvožemio neoformacijos, kurią vadiname humusu, sudėties ir savybių. Geriausiu atveju jie duoda mums papildomą argumentą į rankas – įtarti cheminį sudėtingumą ir įvairovę tų kompleksų, kuriuos sąlyginai sujungiame su žodžiais „humic“, „krepas“ ir pan. rūgštys.
Atsižvelgiant į tai, kad dar nėra rasta metodų, kuriais būtų galima išskirti grynas humusines medžiagas iš dirvožemio ir taip jas individualizuoti, dabar išsakytus samprotavimus galima didesniu ar mažesniu mastu pritaikyti visiems kitiems tyrimams ir darbams. kurie stengiasi vienaip ar kitaip iššifruoti dirvožemio humuso sudėtį ir savybes, bandydami jį izoliuoti nuo dirvožemio, nes niekada negalime būti tikri, ar tikrai turime reikalų su dirvožemio humuso medžiagomis, ar prieš save turime tik įvairių relikvijų. tų organinių junginių, kurie buvo negyvų augalų ir gyvūnų liekanų dalis ir kuriuos mes turime pripažinti kaip trumpalaikius junginius apskritai organinėje šio dirvožemio dalyje.
Taip pat nėra pagrindo manyti, ar visi šiuo metodu nustatyti organiniai junginiai yra kažkokie nauji dariniai, gauti pačiame tirtų dirvožemių apdirbimo vienu ar kitu naudojamu reagentu (šarmu, alkoholiu ir kt.) procese. Galiausiai negalima nepažymėti, kad humuso sudėtis skirtinguose dirvožemiuose, žinoma, labai skiriasi (priklauso nuo mirštančios augmenijos sudėties, nuo klimato sąlygų, nuo mineralinės dirvožemio dalies fizikinės-mechaninės ir cheminės sudėties). dirvožemis ir kt.). Todėl noras anksčiau minėtu būdu išsiaiškinti dirvožemio humuso sudėtį ir savybes neabejotinai susiduria su labai daug sunkumų, kiekvienu konkrečiu atveju suteikiant mums sąlyginių konkrečių idėjų apie gautus duomenis.
Visi dabar išsakyti svarstymai gali būti visiškai taikomi, kaip minėjome aukščiau, tiems naujausiems bandymams, kurie buvo padaryti paskutiniais laikais nemažai tyrėjų humusinių medžiagų išskyrimo iš dirvožemio masės metodų tyrimo srityje. Šiuo metu ypatingas dėmesys skiriamas dirvožemio humusinių medžiagų išskyrimo metodui, pastarąsias apdorojant acetilbromidu (CH3COOBr) – metodą pasiūlė Karrer ir Boding-Wieger ir plačiai naudoja Springer. Acetilbromidas, kaip rodo atitinkami tyrimai, ištirpina visas dirvožemio organines medžiagas, kurios dar nėra humifikavusios augalų liekanų ir beveik neveikia dirvožemio humusinių medžiagų, o tai, atrodytų, atveria plačias galimybes. tolesnis tiesioginis pastarųjų tyrimas ir analizė. Tačiau šis metodas vis dar per mažai ištirtas ir mažai išbandytas, todėl kol kas reikia susilaikyti nuo bet kokių konkrečių sprendimų. Tuo labiau tinka tai, kas buvo pasakyta dėl kitų pastarojo meto bandymų izoliuoti humusines medžiagas iš dirvožemio, pvz., dirvožemio apdorojimui vandenilio peroksidu, piridinu ir kt. Turime pripažinti, kad visi šie metodai yra sąlyginiai ir prieštaringi, kaip aukščiau aprašytą metodą, kurį taikė Schreiner ir Shorey, dėl ko visi minėtų tyrinėtojų samprotavimai ir nuostatos dėl dirvožemio huminių medžiagų sudėties ir savybių kelia daug neišsprendžiamų abejonių.
Atsižvelgdami į tai, nemanome, kad šiame kurse būtų įmanoma pateikti visas aukščiau paminėtų autorių nuomones dėl huminių medžiagų sudėties, struktūros ir savybių, kaip nepagrįstas nepatikimais ir sąlyginiais pagrindais.
Ilgą laiką humusinių medžiagų sudėties ir savybių įvertinimui buvo bandoma taikyti kitokį metodą – sintetinį metodą arba, tiksliau, genetinį, tai yra dirbtinio humuso medžiagų gavimo būdą (su visas jiems būdingas savybes) iš tam tikrų cheminių individų išsamiai ištyrus visas tas tarpines stadijas, kurias šie asmenys išgyvena kelyje. Turime pripažinti, kad humuso genetinių tyrimų kelias yra neabejotinai vaisingesnis ir labiau tikėtinas, kad jis mums padės išspręsti klausimus, susijusius su šio sudėtingo komplekso kilme, sudėtimi ir savybėmis.
Šiame kelyje galima naudoti du būdus: arba galima bandyti dirbtinai gauti junginius, panašius į humusines medžiagas, apdorojant įvairius organinius junginius, dažniausiai augalo organizme vienus ar kitus reagentus. Šis kelias buvo plačiai naudojamas buvusių tyrinėtojų darbuose (ypač daug tokių eksperimentų buvo atlikta su angliavandeniais apdorojant juos stipriomis mineralinėmis rūgštimis). Arba, norint išvengti tokių „smurtinių“ tiriamų objektų humifikavimo būdų, galima naudoti kitokį būdą, būtent: tam tikrus cheminius individus (baltymus, angliavandenius ir kt.) ir jų derinius patalpinti į skirtingas sąlygas. jų skilimo (esant skirtingoms temperatūroms, esant įvairioms aeracijos ir drėkinimo sąlygoms, dalyvaujant biologiniai veiksniai ir be jų ir pan.), pabandykite ištirti, kurie iš tiriamų objektų ir kokiomis sąlygomis gali virsti medžiagomis, panašiomis į humusą, o kurios – ne, ir tirdami tarpinius etapus, kuriuos šie objektai pereina pakeliui į galutinį humuso, pabandykite prasiskverbti ir į pačią vykstančių cheminių virsmų esmę. Turime pripažinti, kad šis kelias yra natūralesnis ir produktyvesnis.
Pirmasis bendros tvarkos klausimas, kylantis iš tokio mus dominančios problemos teiginio, yra toks: kokios yra mirštančių augalų ir gyvūnų liekanų, tiesiogiai susijusių su humuso statyba, sudedamosios dalys? Kitaip tariant: kurią iš šių sudedamųjų dalių turėtume laikyti humuso materialinės sudėties „pirminiais šaltiniais“? Kai kurie tyrinėtojai, remdamiesi teorinėmis prielaidomis, kad humuso statyboje turėtų dalyvauti tik tos augalų (ir gyvūnų) sudedamosios dalys, kurios turi santykinį stabilumą ir stiprumą jų irimo procesuose, daro prielaidą, kad pagrindinis humuso susidarymo šaltinis yra skaidulos, inkrustuojančios medžiagos, ligninas, derva, taninai ir kt. Kitos augalinių liekanų sudedamosios dalys (baltymai ir kt.) puvimo procesų metu taip lengvai ir greitai suyra dirvožemyje iki galutinių produktų (CO2, H2O ir kt.), kad pagal šiems tyrinėtojams jie negali užsifiksuoti dirvožemio masėje, todėl negali dalyvauti to stipraus ir stabilaus komplekso – humuso – sintezėje. Kiti tyrėjai pateikia kitokį požiūrį, kuris tam tikru mastu yra priešingas ką tik pasakytai, t. y., kad formuojantis dirvožemio humusui, priešingai, judriausias ir ypač tik vandenyje tirpus. mirštančių organinių liekanų skilimo produktai iš karto ir tiesiogiai dalyvauja (Levakovsky, Hoppe-Seyler, Slezkin, Kravkov).
Remiantis šių tyrinėtojų darbais, matyti, kad atmosferos vanduo, net ir iš gėlo, t.y. dar nepaveiktas jokiais skilimo procesais, augalinės liekanos gali išplauti daugybę organinių ir pelenų junginių, kurie vėliau, įvairių fizikinių-cheminių ir biocheminių veiksnių įtaka gali virsti tamsiomis, humuso pavidalo medžiagomis. Šis procesas, žinoma, vyksta dar dramatiškesniu mastu, kai vanduo turi veikti negyvas augalų liekanas, kurios jau yra patyrusios tam tikrus puvimo etapus (atvejis, kurį daugiausia tenka spręsti natūraliomis sąlygomis).
Aukščiau išdėstytus prieštaringus sprendimus apie pirminius dirvožemio humuso materialinės sudėties šaltinius dabar turime laikyti praradusiais savo ryškumą. Dabar nebėra jokių abejonių, kad prieš virsdami humusu visi organiniai junginiai, be abejo, pirmiausia turi praeiti per skystąją fazę. Ir kadangi absoliučiai stabilių ir absoliučiai nekintančių organinių junginių neegzistuoja, ir visi jie, veikiami grynai cheminių ar biocheminių veiksnių, gali patirti įvairių transformacijų, įskaitant jų judrumo ir tirpumo didėjimą (netgi ligninas, dervos ir taninai). ), būtina pripažinti, kad dirvožemio masės humuso šerdies konstrukcijoje apskritai gali dalyvauti visi organiniai junginiai, sudarantys augalų ir gyvūnų liekanas. Klausimas sumažinamas tik iki kiekvieno organinio junginio dalyvavimo šio branduolio kūrimo procese išaiškinimo, o svarbiausia - išsiaiškinti sudėtingas chemines, fizikines ir biochemines sąveikas, kurios vyksta tarp organinių junginių ir mineralinės medžiagos. dirvožemį, kitaip tariant, tirti tuos sudėtingus reiškinius, kurie lydi patį organinio-mineralinio komplekso – dirvožemio kūno – formavimosi procesą.
Išsamius šių sričių tyrimus mūsų laboratorijoje atliko A. Trusovas. Įvairius organinius junginius – dažnai gana ilgą laiką – įdėdamas į įvairias skilimo sąlygas, minėtas autorius, remdamasis savo eksperimentais, padarė tokias pagrindines išvadas:
1. Angliavandeniai (ląsteliena, hemiceliuliozė, krakmolas, sacharozė, gliukozė ir levulozė), matyt, nedalyvauja formuojant humusines medžiagas.
2. Aliejai šioje sintezėje užima tik mažiausią dalį.
3. Organinės rūgštys, dervos, kamštiena taip pat neturėtų būti priskirti humuso formuotojams.
4. Pagrindiniai dirvožemio humusinių medžiagų „tiekėjai“ yra baltymai, taninai, inkrustuojančios medžiagos (ligninas) ir įvairūs polifenoliniai junginiai (hidrochinonas, orcinas, pirogalolis ir kt.).
5. Baltyminės medžiagos humifikacijos metu pirmiausia suyra hidrolizės būdu; toliau vyksta šios hidrolizės produktų oksidacija ir kondensacija. Iš tokių hidrolizinio baltymų skilimo produktų pirolio ir benzeno junginiai susidaro humusinėms medžiagoms, o iš pastarųjų daugiausia turinčių fenolio grupę, pavyzdžiui: indolas, skatolis, prolinas, triptofanas, fenilalaninas, tirozinas ir kt. kondensuoti, spalvoti juodos ir rudos spalvos gaminiai su oksichinonų charakteriu.
6. Lignino (inkrustuojančių medžiagų) humifikaciją lemia jame esančios fenolio ir chinono grupės. Gaunami įvairūs sutankinti produktai – vėlgi su oksichinonų charakteriu.
7. Taninų humifikacija – per galo rūgštį, atsirandančią dėl šių medžiagų hidrolizės, vėl susidaro sutankinti produktai, turintys oksichinonų pobūdį; be to, gaunama tanomelano rūgštis, pirogalolis, purpurogalinas ir kt.
8. Apytiksliai tokie patys produktai gaunami humifikuojant polifenolinius junginius, kurie yra augalų liekanų dalis.
Visų minėtų organinių junginių humifikacija vyksta dirvožemyje, veikiant įvairiausiems tiek biologiniams, tiek cheminiams veiksniams.
Apibendrinant visus humifikacijos procesus pagal vieną bendrą schemą, galime teigti, kad pirmasis šių procesų etapas yra hidrolizinis įvairių anglies junginių skaidymas, ty sudėtingos anglies grandinės skaidymas į paprastesnes dalis.
Antrasis humusinių medžiagų susidarymo etapas išreiškiamas stipriu vandens netekimu ir vidinio tankinimo reiškiniais.
A. Trusovas, kaip matome, buvo tik nupieštas bendra schema mus dominančius procesus. Pastaruoju metu sintetinį (genetinį) dirvožemio huminių medžiagų tyrimo būdą plačiai naudoja amerikiečių mokslininkas Waksmanas.
Remiantis tuo, kad įvairūs organiniai junginiai, kurie yra negyvų augalų ir gyvūnų liekanų dalis, turi skirtingą atsparumo destruktyviam mikrobų poveikiui laipsnį ir skirtingą jų cheminio mobilumo bei reaktyvumo laipsnį, taigi ir skirtingą galimo dalyvavimo sintezėje laipsnį. To gana stabilaus komplekso Kas yra dirvožemio humusas, Waksmanas, sukūręs atitinkamą techniką, visus augalinėje medžiagoje esančius organinius junginius suskirsto į keletą frakcijų, kurias vienija kai kurios bendros savybės.
1. Jei vienos ar kitos augalinės medžiagos (durpės ir kt.) pirmiausia ekstrahuojamos eteriu, tada jos pereina į tirpalą; eteriniai ir riebieji aliejai, dalis vaškinių ir dervingų medžiagų ir kt. Ši junginių grupė turi būti pasižymi dideliu atsparumu mikroorganizmų skaidymui ir todėl gali dalyvauti formuojant tą gana stiprų kompleksą, kuris yra dirvožemio humusas.
2. Veikdami likutį, apdorojus jį eteriu, vandeniu (pirmiausia šaltu, paskui karštu), prisidedame prie perėjimo į įvairių cukrų (gliukozės, manozės, pentozės ir kt.), aminorūgščių, kai kurių tirpių tirpalą. baltymų, kai kurių organinių rūgščių (vyno, acto, arabano, malono ir kt.), alkoholių (manitolio ir kt.), tam tikro kiekio krakmolo, taninų ir kt. Ši medžiagų grupė, išskyrus taninus, priešingai , gali būti apibūdinamas kaip labai lengvai skaidomas mikroorganizmų (bakterijų ir grybų) įtakoje, todėl greitai sunaikinamas dirvožemyje, nėra tiesioginis humuso komplekso kūrimo šaltinis.
3. Toliau veikdami analitės likučius verdančiu „95° alkoholiu, į tirpalą perkeliame kai kurias dervas ir vaškus, alkaloidus, chlorofilą ir kitus pigmentus, taniną, choliną, aukštesniuosius alkoholius (inozitolį) ir tt Visa ši frakcija turi būti pasižymi dideliu stabilumu ir atsparumu mikroorganizmų skaidymui, todėl šiek tiek pakeista forma gali būti dirvožemio humuso sudėtyje.
4. Veikdami likučius po ankstesnio apdorojimo praskiestomis verdančiomis rūgštimis (pavyzdžiui, 2% HCl), prisidedame prie hemiceliuliozės pernešimo į tirpalą („netikrą“ pluoštą), kuris šios operacijos metu hidrolizuojamas, t.y. į paprastus angliavandenius Hemiceliuliozės yra, kaip žinoma, ir heksozės, ir pentozės yra anhidridai (pastarųjų dariniai, vadinamieji pentozanai, yra labai paplitę augalų organizme).
Apdorodami ankstesnės operacijos likučius koncentruotomis rūgštimis (80% H2SO4 ir 42% HCl), tirpale ištirpiname celiuliozę („tikrą“ pluoštą), kompleksinį gliukozės anhidridą.
Tiek celiuliozė, tiek hemiceliuliozė yra vienas iš pagrindinių augalų liekanų sausosios medžiagos komponentų.
Nors cheminiu požiūriu abi minėtas organinių junginių grupes reikėtų apibūdinti kaip labai stiprius ir stabilius junginius, vis dėlto, veikiami specialių mikroorganizmų, išskiriančių hidrolizuojančius fermentus, jie gana greitai ir visiškai suyra. dirvožemyje, todėl jų buvimas dirvožemio humuse labai abejotinas.
5. Likusi visų ankstesnių operacijų dalis suteikia mums galimybę nustatyti vadinamąjį ligniną (inkrustuojančias medžiagas, kurios yra būtina ląstelių sienelės augalai). Cheminė lignino prigimtis neaiški. Tai kolektyvinė sąvoka, apimanti įvairių junginių kompleksą, kurie nėra atsparūs hidrolizei net veikiant tokioms koncentruotoms rūgštims, kaip aukščiau paminėtas 80% H2SO4 ir 42% HCl. Didelis atsparumas žalingam mikrobų poveikiui suteikia teisę jį laikyti vienu iš įprastų dirvožemio humuso komponentų.
6. Žaidžia išskirtinai azoto turinčių junginių grupė svarbus vaidmuo augalų ir gyvūnų gyvenime, patekę į neatskiriamą ląstelių plazmos dalį. Ši grupė yra daug ir įvairiomis savybėmis. Kai kurie iš šių junginių yra tirpūs vandenyje (žr. aukščiau: tirpūs baltymai, aminorūgštys ir kt.); kita dalis lengvai hidrolizuojasi veikiant verdančioms praskiestoms rūgštims (iš tikrųjų baltymams) ir tada susidaro vandenyje tirpūs junginiai; trečioji dalis hidrolizuojama tik veikiant koncentruotoms rūgštims ir kt.
Šiuo požiūriu azoto organinių junginių grupė turi būti pripažinta labai skirtinga - pagal atskirų jos atstovų stabilumo ir skaidomumo laipsnį, taigi ir pagal dalyvavimo humuso formavime laipsnį. kompleksas.
Be įvairių aukščiau paminėtų organinių junginių, mirštančių augalų ir gyvūnų kūno sudėtyje visada pastebime skirtingą pačių įvairiausių ir mineralinių (pelenų) medžiagų kiekį. Visi šie įvairūs junginiai, dirvožemio formavimosi procese patenkantys į įvairius atmosferos uolienų horizontus, išgyvena skirtingą likimą: kai kurie iš jų, tapę mikrobų nuosavybe, greitai suyra ir suyra, kiti patiria daugybę sudėtingų sąveikos reiškinių. mineralinių dirvožemio sudedamųjų dalių, kurių vienas iš rezultatų yra gana stabilus ir patvarus organomineralinis kompleksas, vadinamas humusu. Šie sąveikos reiškiniai yra sudėtingi ir įvairūs: taip pat vyksta grynai cheminės reakcijos tarp atmosferos uolienų sudedamųjų dalių ir tų tirpių organinių liekanų skilimo produktų, kurie sistemingai išplaunami iš pastarųjų atmosferos krituliais, taip pat mikrobiologiniai reiškiniai, susidedantys iš įvairių organinių junginių skilimas ir jų sudėties supaprastinimas, ir, kita vertus, atvirkštinė produktų, susidarančių mikroorganizmų organizme jų mitybos procese, sintezė, susidarant naujoms sudėtingoms organinėms medžiagoms, ir, galiausiai, fizikiniai ir cheminiai reiškiniai, susiję su sąveikaujančių medžiagų koloidinė būsena ir dėl to dirvožemyje susidaro specialūs „adsorbciniai junginiai“.
Remiantis tuo, kad iš visų organinių junginių, sudarančių augalų liekanas, ligninas pasižymi didžiausiu atsparumu mikrobų skaidymui; kita vertus, konstatuojant faktą, kad šių likučių irimo procese kaupiasi baltymų (ir kitų azoto) kompleksai ir, be to, visuose autoriaus analizuotuose dirvožemiuose dabar paminėtos medžiagos sudarė daugiau. iki 80% visų šių dirvožemių organinių medžiagų ir pan. , - Waksmanas daro prielaidą, kad dirvožemio humusas susideda iš pagrindinio ir sudėtingo komplekso - šerdies, kurią sudaro daugiausia lignino ir baltymų frakcijos, kurios yra glaudžiai chemiškai derinamos su vienas kitą.
Šią pagrindinę šerdį lydi daugybė kitų medžiagų, kurios arba lieka skaidant augalų ir gyvūnų liekanas, arba buvo susintetintos dėl gyvybinės mikroorganizmų veiklos.
Tarp šių antrinių dirvožemio humuso sudedamųjų dalių yra kai kurie riebalai ir vaškai, hemiceliuliozės, aukštesni alkoholiai, organinės rūgštys ir kt. Aukščiau minėtuose dirvožemiuose, kuriuos išanalizavo Waksman, organinėse medžiagose iš tikrųjų yra tik apie 16 % vandenyje netirpių angliavandenių (celiuliozės, hemiceliuliozės). ) ir tik 2,5–3 % eteryje ir alkoholyje tirpių medžiagų, o baltymų ir lignino kiekis sudarė iki 80 % visų šių dirvožemių organinių medžiagų.
Atsižvelgiant į tai, kad baltymų frakcija, patenkanti į dirvą su augalų ir gyvūnų liekanomis, taip pat susidaranti joje mikrobų aktyvumo sintezės procese, gali skirtis savaip. cheminė sudėtis ir kad lignino grupė taip pat gali būti junginių, kurie labai skiriasi vienas nuo kito, kompleksas, akivaizdu, kad vidinė lignino-baltymų šerdies sudėtis skirtinguose dirvožemiuose, susidariusiuose ir išsivystytuose skirtingomis sąlygomis, gali labai skirtis.
Waksmanas sugebėjo dirbtinai susintetinti šį lignino ir baltymų kompleksą laboratorinėmis sąlygomis. Paaiškėjo, kad pastarasis pagal bendrą savo savybių sumą smarkiai skyrėsi nuo atskirų jo komponentų – lignino ir baltymų – savybių ir tuo pat metu įgijo visas tas chemines, fizikines, chemines ir biologines savybes, kurias mes apskritai. humusui (arba, tiksliau, tai jo daliai, kuri vadinama humino rūgštimi) būdingas: tirpumas šarmuose ir vėliau nusodinimas rūgštimis, tamsi spalva, atsparumas skaidomiems mikrobams (baltyminėms medžiagoms, paprastai lengvai pažeidžiamoms). skaidantis mikroorganizmus, dėl jų sąveikos su ligninu, kaip paaiškėjo, įgyja didesnį stabilumą).
Vaksmanui toliau pavyko gauti dirbtinius „lignobaltymų“ komplekso junginius su įvairiomis bazėmis (Ca, Mg, Fe, Al), be to, panašiais būdais, kaip paprastai naudojami įvairioms humino rūgšties druskoms gauti; šie tyrimai, toliau plėtojant, gali suteikti aiškumo žinioms apie ryšį tarp organinės šerdies ir dirvožemio humuso pelenų elementų. Be kita ko, buvo nustatyta, kad lignino-baltymų kompleksas turi
Nuo pat pradžių neįsprausime savęs į griežtus rėmus ir terminą apibūdinsime kuo paprasčiau: organinių medžiagų (organinių; tai, pavyzdžiui, baltymai, riebalai ir angliavandeniai) oksidacijos procesas yra reakcija, kurios rezultatas deguonies (O2) tūrio padidėjimas ir vandenilio (H2) tūrio sumažėjimas.
Organinės medžiagos yra įvairūs cheminiai junginiai, kurių sudėtyje yra (C). Išimtys yra anglies rūgštis (H2CO3), karbidai (pvz., karborundas SiC, cementitas Fe3C), karbonatai (pvz., kalcitas CaCO3, magnezitas MgCO3), anglies oksidai, cianidai (pvz., KCN, AgCN). Organinės medžiagos reaguoja su geriausiai žinomu oksidatoriumi deguonimi O2, sudarydamos vandenį H2O ir anglies dioksidą CO2.
Organinių medžiagų oksidacijos procesas
Jei mąstome logiškai, tai kadangi visiškos oksidacijos procesas yra degimas, tai nepilnos oksidacijos procesas yra organinių medžiagų oksidacija, nes esant tokiam poveikiui medžiaga neužsidega, o tik ją įkaitina (kartu išsiskiria tam tikras energijos kiekis ATP – adenozino trifosfato – ir šilumos pavidalu Q ).
Organinės oksidacijos reakcija nėra per daug sudėtinga, todėl chemijos kurso pradžioje pradedama ją analizuoti, o studentai greitai įsisavina informaciją, jei, žinoma, bent kiek pasistengia. Mes jau sužinojome, kas yra šis procesas, o dabar turime įsigilinti į pačią reikalo esmę. Taigi, kaip vyksta reakcija ir kas tai yra?
Organinių medžiagų oksidacija yra tam tikras perėjimas, vienos klasės junginių pavertimas kita. Pavyzdžiui, visas procesas prasideda nuo prisotinto angliavandenilio oksidacijos ir jo pavertimo nesočiuoju, tada susidariusi medžiaga oksiduojama ir susidaro alkoholis; alkoholis savo ruožtu formuoja aldehidą, karboksirūgštis „išteka“ iš aldehido. Visos procedūros rezultate gauname anglies dvideginį (rašydami lygtį nepamirškite įdėti atitinkamos rodyklės) ir vandens.
Tai yra redokso reakcija, ir daugeliu atvejų organinės medžiagos pasižymi redukuojančiomis savybėmis ir oksiduojasi. Kiekvienas susijęs elementas turi savo klasifikaciją – tai reduktorius arba oksidatorius, o pavadinimą suteikiame pagal OVR rezultatą.
Organinių medžiagų gebėjimas oksiduotis
Dabar žinome, kad ORR (oksidacijos-redukcijos reakcijos) procese dalyvauja oksidatorius, kuris paima elektronus ir turi neigiamą krūvį, ir reduktorius, kuris atiduoda elektronus ir turi teigiamą krūvį. Tačiau ne kiekviena medžiaga gali patekti į mūsų svarstomą procesą. Kad būtų lengviau suprasti, pažvelkime į dalykus.
Junginiai nėra oksiduojami:
- Alkanai – kitaip vadinami parafinais arba sočiaisiais angliavandeniliais (pavyzdžiui, metanas, kurio formulė CH4);
- Arenai yra aromatiniai organiniai junginiai. Tarp jų benzenas nėra oksiduojamas (teoriškai šią reakciją galima atlikti, bet po kelių ilgų etapų; benzenas negali oksiduotis pats);
- Tretiniai alkoholiai yra alkoholiai, kuriuose hidrokso grupė OH yra prijungta prie tretinio anglies atomo;
- Fenolis yra kitas karbolio rūgšties pavadinimas ir chemijoje užrašytas kaip C6H5OH.
Organinių medžiagų, galinčių oksiduotis, pavyzdžiai:
- Alkenai;
- Alkinai (dėl to mes stebėsime aldehido, karboksirūgšties ar ketono susidarymą);
- Alkadienai (susidaro arba polihidroksiliai alkoholiai, arba rūgštys);
- Cikloalkanai (esant katalizatoriui susidaro dikarboksirūgštis);
- Arenai (bet kurios medžiagos, kurių struktūra panaši į benzeną, tai yra, jos homologai, gali būti oksiduojamos iki benzenkarboksirūgšties);
- Pirminiai, antriniai alkoholiai;
- Aldehidai (gali oksiduotis, tada anglies);
- Aminai (oksidacijos metu susidaro vienas ar keli junginiai su nitrogrupe NO2).
Organinių medžiagų oksidacija augalų, gyvūnų ir žmogaus organizmų ląstelėje
Tai yra labiausiai svarbus klausimas ne tik tiems, kurie domisi chemija. Kiekvienas turėtų turėti tokias žinias, kad susidarytų teisingą vaizdą apie įvairius gamtoje vykstančius procesus, apie bet kokių pasaulyje esančių medžiagų vertę ir net apie save – žmogų.
Iš mokyklos biologijos kursų tikriausiai jau žinote, kad organinių medžiagų oksidacija atlieka svarbų vaidmenį. biologinis vaidmuožmogaus organizme. Dėl redokso reakcijų įvyksta BJU (baltymų, riebalų, angliavandenių) skilimas: ląstelėse išsiskiria šiluma, ATP ir kiti energijos nešėjai, o mūsų organizmas visada aprūpinamas pakankamu aprūpinimu veiksmams atlikti ir normaliam kūno funkcionavimui. organų sistemos.
Šio proceso eiga padeda palaikyti pastovią kūno temperatūrą ne tik žmogaus, bet ir bet kurio kito šiltakraujo gyvūno organizme, taip pat padeda reguliuoti vidinės aplinkos pastovumą (tai vadinama homeostaze), medžiagų apykaitą, užtikrina kokybišką ląstelių organelių, organų darbą, taip pat atlieka daug daugiau reikalingų funkcijų.
Fotosintezės metu augalai sugeria kenksmingą anglies dvideginį ir gamina deguonį, kuris būtinas kvėpavimui.
Biologinė organinių medžiagų oksidacija gali vykti tik naudojant įvairius elektronų nešiklius ir fermentus (be jų šis procesas užtruktų neįtikėtinai ilgai).
Organinės oksidacijos vaidmuo pramonėje
Jei kalbėsime apie organinės oksidacijos vaidmenį pramonėje, tai šis reiškinys naudojamas sintezėje, acto rūgšties bakterijų darbe (nepilnai organiškai oksiduojantis susidaro nemažai naujų medžiagų), o kai kuriais atvejais ir su organinėmis medžiagomis. , galima ir sprogstamųjų medžiagų gamyba.
Organinės chemijos lygčių rašymo principai
Chemijoje negalima išsiversti be lygties sudarymo - tai savotiška šio mokslo kalba, kuria kalbėti ir suprasti vieni kitus gali visi planetos mokslininkai, nepaisant tautybės.
Tačiau didžiausius sunkumus sukelia lygčių sudarymas, kai reikia studijuoti organinę chemiją.
Norint išardyti šią temą, reikia labai ilgo laiko tarpo, todėl čia pasirinktas tik trumpas veiksmų algoritmas sprendžiant lygčių grandinę su kai kuriais paaiškinimais:
- Pirmiausia iš karto žiūrime, kiek reakcijų vyksta šis procesas, mes juos sunumeruojame. Taip pat nustatome klases, pradinių medžiagų pavadinimus ir galiausiai susidarančias medžiagas;
- Antra, reikia surašyti visas lygtis po vieną ir išsiaiškinti jų reakcijų tipą (junginys, skilimas, mainai, pakaitalai) ir sąlygas.
- Po to galite sudaryti elektroninius balansus, taip pat nepamirškite nustatyti koeficientų.
Organinių medžiagų ir galutinių jų susidarymo produktų oksidacijos reakcijos
Benzeno oksidacija
Net ir pačiomis agresyviausiomis sąlygomis benzenas nėra oksiduojamas. Tačiau benzeno homologai gali būti oksiduojami veikiant kalio permanganato tirpalui. neutrali aplinka kalio benzoato susidarymui.
Jei neutrali terpė pakeičiama į rūgštinę, tada benzeno homologai gali būti oksiduojami kalio permanganatu arba dichromatu ir galiausiai susidaro benzenkarboksirūgštis.
Benzenkarboksirūgšties formavimosi formulė
Alkenų oksidacija
Oksiduojant alkenus neorganiniais oksidatoriais, galutiniai produktai yra vadinamieji dihidroalkoholiai – glikogenai. Šių reakcijų reduktorius yra anglies atomai.
Puikus to pavyzdys yra kalio permanganato tirpalo cheminė reakcija, susijusi su silpna šarmine aplinka.
Agresyvios oksidacijos sąlygos sukelia anglies grandinės suskaidymą dviguba jungtis su galutiniais susidarymo produktais dviejų rūgščių pavidalu. Be to, jei terpė su dideliu šarmų kiekiu sudaro dvi druskas. Taip pat produktai dėl anglies grandinės irimo gali sudaryti rūgštį ir anglies dioksidą, tačiau stiprios šarminės aplinkos sąlygomis karbonatinės druskos veikia kaip oksidacinės reakcijos produktai.
Alkenai gali oksiduotis panardinti į rūgščią kalio dichromato aplinką panašiu būdu, kaip parodyta pirmuosiuose dviejuose pavyzdžiuose.
Alkino oksidacija
Skirtingai nuo alkenų, alkinai oksiduojasi agresyvesnėje aplinkoje. Anglies grandinės sunaikinimas vyksta ties trigubu ryšiu. Bendra alkenų savybė yra jų reduktorius, pavaizduotas anglies atomais.
Išeinantys reakcijos produktai yra anglies dioksidas ir rūgštys. Kalio permanganatas, patalpintas rūgščioje aplinkoje, bus oksidatorius.
Acetileno oksidacijos produktai, panardinus į neutralią terpę su kalio permanganatu, yra kalio oksalatas.
Kai neutrali terpė pakeičiama į rūgštinę, oksidacijos reakcija vyksta iki anglies dioksido arba oksalo rūgšties susidarymo.
Aldehidų oksidacija
Aldehidai lengvai oksiduojasi dėl savo, kaip stiprių reduktorių, savybių. Kaip aldehidų oksidatorius, galima išskirti kalio permanganatą su kalio dichromatu, kaip ir ankstesnėse versijose, taip pat sidabro hidroksido diamino - OH ir vario hidroksido - Cu (OH) 2 tirpalą, daugiausia būdingą aldehidams. Svarbi aldehidų oksidacijos reakcijos atsiradimo sąlyga yra temperatūros poveikis.
Vaizdo įraše galite pamatyti, kaip reaguojant su vario hidroksidu nustatomas aldehidų buvimas.
Aldehidai gali oksiduotis į karboksirūgštis, veikiami sidabro hidroksido diamino, tirpalo pavidalu, išskiriant amonio druskas. Ši reakcija vadinama „sidabriniu veidrodžiu“.
Be to, vaizdo įraše parodyta įdomi reakcija, vadinama „sidabriniu veidrodžiu“. Ši patirtis vyksta sąveikaujant gliukozei, kuri taip pat yra aldehidas, su sidabro amoniako tirpalu.
Alkoholio oksidacija
Alkoholių oksidacijos produktas priklauso nuo anglies atomo, prie kurio yra prijungta alkoholio OH grupė, tipo. Jei grupė yra sujungta pirminiu anglies atomu, oksidacijos produktas bus aldehidai. Jei alkoholio OH grupė yra prijungta prie antrinio anglies atomo, oksidacijos produktas yra ketonai.
Savo ruožtu aldehidai, susidarantys oksiduojant alkoholius, gali būti oksiduojami, kad susidarytų rūgštys. Tai pasiekiama oksiduojant pirminius alkoholius kalio dichromatu rūgščioje terpėje verdant aldehidą, kuris, savo ruožtu, neturi laiko oksiduotis išgaruojant.
Esant per daug oksiduojančių medžiagų, tokių kaip kalio permanganatas (KMnO4) ir kalio dichromatas (K2Cr2O7), beveik bet kokiomis sąlygomis pirminiai alkoholiai gali būti oksiduojami, išsiskiriant karboksirūgštims, o ketonai, savo ruožtu, virsta antriniais alkoholiais. , kurių reakcijų su susidarymo produktais pavyzdžiai bus nagrinėjami toliau.
Etilenglikolis arba vadinamasis dvihidroksis alkoholis, priklausomai nuo terpės, gali būti oksiduojamas iki tokių produktų kaip oksalo rūgštis arba kalio oksalatas. Jei etilenglikolis yra kalio permanganato tirpale, pridedant rūgšties, susidaro oksalo rūgštis, jei dvihidris alkoholis yra tame pačiame kalio permanganato arba kalio dichromato tirpale, bet neutralioje terpėje, tada susidaro kalio oksalatas. Pažvelkime į šias reakcijas.
Iš pradžių išsiaiškinome viską, ką reikia suprasti, ir net pradėjome analizuoti tokią sudėtingą temą kaip lygčių sprendimas ir sudarymas. Apibendrinant galima teigti, kad subalansuota praktika ir dažnos studijos padės greitai įtvirtinti išnagrinėtą medžiagą ir išmokti spręsti problemas.
Pirminė produkcija Žemėje susidaro žaliųjų augalų ląstelėse veikiant saulės energijai, taip pat kai kurioms bakterijoms dėl cheminių reakcijų.
Fotosintezė – tai organinių medžiagų susidarymo iš anglies dioksido ir vandens šviesoje procesas, dalyvaujant fotosintezės pigmentams (augaluose – chlorofilui, bakterijoms – bakteriochlorofilui ir bakteriorodopsinui).
Asimiliuota fotonų energija paverčiama ryšio energija cheminių medžiagų susintetinti šių procesų metu.
Pagrindinę fotosintezės reakciją galima parašyti taip:
kur H 2 X – elektronų „donoras“; H yra vandenilis; X – deguonis, siera ar kiti reduktoriai (pavyzdžiui, sulfobakterijos kaip reduktorius naudoja H 2 S, o kitų rūšių bakterijos – organinę medžiagą, o dauguma žaliųjų augalų, vykdančių chlorofilo asimiliaciją – deguonį).
Fotosintezės tipai:
1. Chlorofilinė fotosintezė.
2. Chlorofilinė fotosintezė
a). anoksigeninė fotosintezė. Organinių medžiagų susidarymo šviesoje procesas, kurio metu nevyksta molekulinio deguonies sintezė. Jį atlieka violetinės ir žalios spalvos bakterijos, taip pat helikobakterijos.
b). deguonies fotosintezė su laisvo deguonies išsiskyrimu. Deguonies fotosintezė yra daug plačiau paplitusi. Atlieka augalai, cianobakterijos ir prochlorofitai.
Pagrindinė augalų fotosintezės reakcija gali būti parašyta taip:
Fotosintezės etapai (fazės):
fotofizinis;
· fotocheminis;
cheminis (arba biocheminis).
Pirmajame etape šviesos kvantų sugertis pigmentais, jų perėjimas į sužadinimo būseną ir energijos perdavimas kitoms fotosistemos molekulėms.
Antrame etape vyksta krūvių atskyrimas reakcijos centre, elektronų perkėlimas išilgai fotosintezės elektronų transportavimo grandinės. Vyksta sužadintos būsenos energijos perėjimas į cheminių ryšių energiją. Sintetinami ATP ir NADPH.
Trečiajame etape organinių medžiagų sintezės biocheminės reakcijos vyksta naudojant energiją, sukauptą nuo šviesos priklausomoje stadijoje, susidarant cukrui ir krakmolui. Biocheminės fazės reakcijos vyksta dalyvaujant fermentams ir yra skatinamos temperatūros, todėl ši fazė buvo vadinama termochemine faze.
Pirmosios dvi stadijos kartu vadinamos nuo šviesos priklausoma fotosintezės stadija – šviesa. Trečiasis etapas vyksta jau be privalomo šviesos - tamsos dalyvavimo.
Saulės energija naudojama fotosintezės procese ir kaupiasi cheminių ryšių pavidalu fotosintezės produktuose, o vėliau kaip maistas perduodamas visiems kitiems gyviems organizmams. Žaliųjų augalų fotosintezės veikla aprūpina planetą organinėmis medžiagomis ir joje sukaupta saulės energija – kilmės šaltiniu ir gyvybės vystymosi Žemėje veiksniu.
Tarp visų spindulių saulės šviesa dažniausiai skleidžia spindulius, kurie veikia fotosintezės procesą, pagreitindami arba sulėtindami jo eigą. Šie spinduliai vadinami fiziologiškai aktyvi spinduliuotė(sutrumpintai FAR). Aktyviausios tarp PAR yra oranžinės raudonos (0,65...0,68 µm), mėlynai violetinės (0,40...0,50 µm) ir beveik ultravioletinės (0,38...0,40 µm). Geltonai žali (0,50 ... 0,58 mikrono) spinduliai yra mažiau sugeriami, o infraraudonieji spinduliai praktiškai nesugeriami. Augalų šilumos mainuose dalyvauja tik tolimieji infraraudonieji spinduliai, turintys tam tikrą teigiamą poveikį, ypač žemos temperatūros vietose.
Organinių medžiagų sintezę gali atlikti bakterijos su saulės šviesa arba be jos. Manoma, kad būtent bakterijų fotosintezė buvo pirmasis autotrofijos vystymosi etapas.
Priklauso bakterijoms, kurios naudoja procesus, susijusius su sieros junginių ir kitų elementų oksidacija, kad susidarytų organinės medžiagos chemosintetika.