Organik bileşiklerin oluşumu. Organik maddelerin oluşumu Organik maddelerin oluşumu
Bildiğiniz gibi, tüm maddeler iki büyük kategoriye ayrılabilir - mineral ve organik. İnorganik veya mineral maddelere birçok örnek verilebilir: tuz, soda, potasyum. Ancak ne tür bağlantılar ikinci kategoriye girer? Organik maddeler herhangi bir canlı organizmada bulunur.
sincaplar
En önemli örnek organik madde proteinlerdir. Bunlar azot, hidrojen ve oksijen içerir. Bunlara ek olarak bazen bazı proteinlerde kükürt atomları da bulunabilir.
Proteinler en önemli organik bileşikler arasındadır ve doğada en yaygın bulunanlardır. Diğer bileşiklerden farklı olarak, proteinler belirli karakteristik özelliklere sahiptir. Onların ana özelliği çok büyük moleküler kütle. Örneğin bir alkol atomunun moleküler ağırlığı 46, benzen 78 ve hemoglobin 152.000'dir. Diğer maddelerin molekülleriyle karşılaştırıldığında, proteinler binlerce atom içeren gerçek devlerdir. Bazen biyologlar onlara makromoleküller derler.
Proteinler, tüm organik yapıların en karmaşık olanlarıdır. Polimer sınıfına aittirler. Bir polimer molekülüne mikroskop altında bakarsak, onun daha basit yapılardan oluşan bir zincir olduğunu görebiliriz. Monomerler olarak adlandırılırlar ve polimerlerde birçok kez tekrarlanırlar.
Proteinlere ek olarak, çok sayıda polimer vardır - kauçuk, selüloz ve ayrıca sıradan nişasta. Ayrıca, insan eli tarafından naylon, lavsan, polietilen gibi birçok polimer oluşturuldu.
protein oluşumu
Proteinler nasıl oluşur? Canlı organizmalardaki bileşimi genetik kod tarafından belirlenen organik maddelerin bir örneğidir. Sentezlerinde, vakaların ezici çoğunluğunda çeşitli kombinasyonlar kullanılır.
Ayrıca, protein hücrede işlev görmeye başladığında yeni amino asitler oluşturulabilir. Aynı zamanda, içinde sadece alfa-amino asitler bulunur. Tarif edilen maddenin birincil yapısı, amino asit bileşiklerinin kalıntılarının dizisi ile belirlenir. Ve çoğu durumda, bir protein oluşumu sırasında polipeptit zinciri, dönüşleri birbirine yakın yerleştirilmiş bir sarmal halinde bükülür. Hidrojen bileşiklerinin oluşması sonucunda oldukça güçlü bir yapıya sahiptir.
yağlar
Yağlar, organik maddenin bir başka örneğidir. Bir kişi birçok yağ türünü bilir: tereyağı, sığır eti ve balık yağı, bitkisel yağlar. Büyük miktarlarda, bitki tohumlarında yağlar oluşur. Soyulmuş bir ayçiçeği tohumu bir kağıt yaprağına konur ve bastırılırsa, kağıt üzerinde yağlı bir leke kalır.
karbonhidratlar
Yaban hayatında daha az önemli olan karbonhidratlar değildir. Bütün bitki organlarında bulunurlar. Karbonhidratlar şeker, nişasta ve lif içerir. Patates yumruları, muz meyveleri bakımından zengindirler. Patateslerde nişastayı tespit etmek çok kolaydır. İyot ile reaksiyona girdiğinde bu karbonhidrat Mavi renk. Bir patates dilimine biraz iyot damlatarak bunu doğrulayabilirsiniz.
Şekerleri de fark etmek kolaydır - hepsinin tadı tatlıdır. Bu sınıfın birçok karbonhidratı üzüm, karpuz, kavun, elma ağaçlarının meyvelerinde bulunur. Yapay koşullar altında da üretilen organik maddelerin örnekleridir. Örneğin şeker kamışından şeker elde edilir.
Karbonhidratlar doğada nasıl oluşur? en çok basit örnek fotosentez sürecidir. Karbonhidratlar, birkaç karbon atomundan oluşan bir zincir içeren organik maddelerdir. Ayrıca birkaç hidroksil grubu içerirler. Fotosentez sırasında şeker inorganik maddeler karbon monoksit ve kükürtten oluşur.
Selüloz
Lif, organik maddenin başka bir örneğidir. Çoğu, pamuk tohumlarının yanı sıra bitki sapları ve yapraklarında bulunur. Lif lineer polimerlerden oluşur, moleküler ağırlığı 500 bin ile 2 milyon arasında değişir.
Saf haliyle kokusu, tadı ve rengi olmayan bir maddedir. Fotoğraf filmi, selofan, patlayıcıların imalatında kullanılır. İnsan vücudunda lif emilmez, ancak mide ve bağırsakların çalışmasını uyardığı için diyetin gerekli bir parçasıdır.
Organik ve inorganik maddeler
Organik oluşumuna birçok örnek verebilirsiniz ve ikincisi her zaman yerin derinliklerinde oluşan cansız minerallerden gelir. Ayrıca çeşitli kayaların bir parçasıdırlar.
Doğal koşullar altında, minerallerin veya organik maddelerin yok edilmesi sürecinde inorganik maddeler oluşur. Öte yandan, organik maddeler sürekli olarak minerallerden oluşur. Örneğin bitkiler, içinde çözünmüş bileşiklerle suyu emer ve daha sonra bir kategoriden diğerine geçer. Canlı organizmalar gıda için esas olarak organik madde kullanır.
Çeşitliliğin Nedenleri
Çoğu zaman okul çocukları veya öğrenciler, organik maddelerin çeşitliliğinin sebepleri nelerdir sorusuna cevap vermek zorundadır. Ana faktör, karbon atomlarının iki tip bağ kullanılarak birbirine bağlanmasıdır - basit ve çoklu. Ayrıca zincirler oluşturabilirler. Diğer bir sebep ise organik maddeye dahil olan farklı kimyasal elementlerin çeşitliliğidir. Ek olarak, çeşitlilik aynı zamanda çeşitli bileşiklerde aynı elementin varlığı olgusu olan allotropiden de kaynaklanmaktadır.
İnorganik maddeler nasıl oluşur? Doğal ve sentetik organik maddeler ve örnekleri hem lisede hem de uzmanlaşmış yüksek öğretimde incelenir. Eğitim Kurumları. İnorganik maddelerin oluşumu, proteinlerin veya karbonhidratların oluşumu kadar karmaşık bir süreç değildir. Örneğin, insanlar çok eski zamanlardan beri soda göllerinden soda çıkarıyorlar. 1791'de kimyager Nicolas Leblanc, laboratuvarda tebeşir, tuz ve sülfürik asit kullanarak sentezlenmesini önerdi. Bir zamanlar bugün herkesin aşina olduğu soda oldukça pahalı bir üründü. Deneyi gerçekleştirmek için, ortak tuzu asitle birlikte tutuşturmak ve ardından ortaya çıkan sülfatı kireçtaşı ve odun kömürü ile birlikte kalsine etmek gerekiyordu.
Bir diğeri potasyum permanganat veya potasyum permanganattır. Bu madde endüstriyel koşullarda elde edilir. Oluşum süreci, bir potasyum hidroksit çözeltisinin ve bir manganez anodunun elektrolizinden oluşur. Bu durumda, anot, mor bir çözelti oluşumu ile yavaş yavaş çözülür - bu, iyi bilinen potasyum permanganattır.
Yıpranmış bir kayanın yüzeyinde ve aşağı yukarı üst ufuklarında biriken bitki ve hayvan kalıntıları, bizim tarafımızdan çok çeşitli ayrışma aşamalarında veya 1) zamanla formda biriken hafifçe ayrışmış kalıntılar şeklinde gözlemlenebilir. çeşitli "keçeler" (ormanlarda - "orman keçesi", bozkırlarda - "bozkır"), bitki veya hayvanların tek tek parçalarını kolayca ayırt edebileceğimiz bileşen bileşenlerinin o kadar düşük bir ayrışması ile karakterize edilir; veya 2) orijinal biçimlerini ve görünümlerini az çok zaten kaybetmiş bitki (ve hayvan) parçaları biçiminde; daha sonra bize farklı derecelerde deforme olmuş, esmerleşmiş, hassas, ufalanan bir doku ve yapıya sahip ayrı parçalar şeklinde görünürler. Ho ve ayrışmanın bu aşamasında, onları kayanın mineral parçacıklarından çeşitli mekanik yöntemlerle ayırabiliriz - daha spesifik ışık oldukları için suda ayrıştırarak, bazen cımbızla seçerek vb.; son olarak, 3) bozunmalarının sonraki aşamasında, tarif edilen kalıntılar orijinal özelliklerini tamamen kaybederler ve kayanın mineral maddesi ile o kadar yakın bir kimyasal bileşime girerler ki, herhangi bir mekanik yöntemle zaten ondan ayrılamazlar.
Bu ayrışma aşaması, deyim yerindeyse, ortaya çıkan ürünlerin kayanın mineral temeli tarafından tamamen özümsenmesiyle karakterize edilir; bu ürünleri mineral kısmından ancak kuvvetli kimyasal yöntemler uygulayarak veya bu ürünleri yok ederek (yakarak) ayırabiliriz.
Bitki ve hayvan kalıntılarının bozunma ürünlerinin yıpranmış kayanın mineral kısmı ile bu kadar yakın bir kimyasal kombinasyonunun sonucu, toprakta şu veya bu miktarda biriken özel, "organo-mineral" bileşiklerin bir kompleksidir. , bileşimlerinin karşılaştırmalı stabilitesi ve gücü ile ayırt edilir ve toprağa az çok koyu renk verir. Toprağın ayrılmaz bir parçası olan, "asimile" ve kimyasal olarak ona bağlı olan bu ürün grubuna toprak humusu (humus) denir.
Yukarıda söylenenlerden, toprakta bulunabilen her organik bileşiğin humus veya humus, toprak bileşikleri kategorisine ait olmaması gerektiği açıktır. Dolayısıyla bitki ve hayvan artıklarının ayrışması sonucu toprakta oluşabilen "serbest" karbonhidratlar, yağlar vb. henüz humus dediğimiz o organomineral neoplazmı temsil etmemektedir. Topraklarda bol miktarda bulunan mikroflora ve toprakta bulunan çeşitli enzimler sayesinde, söz konusu organik bileşikler genellikle o kadar hızlı ve kolay dönüşümler geçirirler ki, kelimenin tam anlamıyla, kısa süreli ve geçici bileşikler olarak adlandırılabilirler. Gerçekten de, doğrudan analiz genellikle aynı toprakta son derece değişken ve değişken bir miktar gösterir - çoğu zaman çok kısa bir süre boyunca bile. Bu bileşikler, toprağın mineral maddesi ile karmaşık etkileşim reaksiyonlarının bir sonucu olarak, elbette, sonraki kaderlerinde devredilemez hale gelebilir. ayrılmaz parça toprak humusu, ancak bunun için uygun fiziko-kimyasal koşulları bulmadan, yeni oluşan organo-mineral kompleksinin bir parçası olamazlar ve humusun bileşenleri olmadığı için “serbest” kalabilirler.
Her zaman bitki ve hayvan kalıntılarının bir parçası olan mineral bileşiklere gelince, ikincisi ayrıştığında, bu bileşikler de çifte kadere uğrar: bazıları bu güçlü ve hayvan kalıntılarından kurtulur. karmaşık bağlantı, ikincisinin organik bileşikleri ile bir veya başka bir organizmanın yaşamı boyunca bulundukları ve çeşitli "saf" mineral oluşumları şeklinde toprağın yüzey ufuklarına düştüğü (dedikleri gibi, "tam" organik kalıntıların mineralizasyonu"); diğer kısım da şu anda bahsettiğimiz organo-mineral kompleksinin sentezinde ve yapımında doğrudan rol alır.
Bu nedenle, toprağın tüm mineral bileşenleri ve organik bileşenlerinin tümü humus kompleksinin bileşenleri değildir.
Toprak kütlesinden mekanik yollarla ayırabileceğimiz, ciddi şekilde deforme olsalar bile, çürüyen bitki ve hayvan kalıntılarını da toprak hümik maddeleri kategorisinden çıkarmamız gerekir. kapaklar, vb.).)
Böylece toprağın "organik bileşeni" kavramını "humus parçası"ndan ayırıyoruz. İkinci kavram, birincinin bir parçasıdır. Bu düşünce, sonraki tüm açıklamalarımızda akılda tutulmalıdır.
Toprak humusu veya humus olarak adlandırılan bu karmaşık kompleksin kimyasal yapısı, bu nesnenin araştırılmasının çok uzun zaman önce başlamış olmasına rağmen, hala çok zayıf bir şekilde açıklığa kavuşturulmuştur. Bu çalışma eksikliğinin ana nedeni, bu karmaşık nesneyi bir şekilde bireyselleştirmek için güvenilir yöntemlerin henüz geliştirilmemesi, onu kristal bir biçimde elde etmenin hala bir yolunun olmaması vb.
Bununla birlikte, son yıllarda, bu kompleksin çalışmasını önemli ölçüde ilerleten bir dizi çalışma damgasını vurdu.
Doğal bir ortamda yukarıdaki tüm nesne kategorilerini oluşturan organik bileşiklerin doğası arasında, elbette, hem ana kayanın birincil mineralleri hem de bozunmalarının nihai ürünleri arasında bir dizi kademeli geçiş gözlemleriz. ve bitki (ve hayvan) kalıntılarının etkilenmeyen bozunma süreçleri ile bunların yok edilmesinin son aşamaları arasında, her toprakta çok çeşitli ara oluşumların bir dizisini gözlemleyebiliriz.
Kayaların ve minerallerin yıpranmasının ilk aşamalarında, "cansız" doğanın unsurları, yani. atmosfer ve hidrosferin unsurları, o zaman bu süreçlerin gelişiminin sonraki aşamalarında, bu kayalar yetenek kazandığında üzerlerine yerleşen bitki örtüsüne yaşam sağlamak ve bunlarla bağlantılı olarak bunların bozunma ürünleri ile zenginleşmeye başlamak, biyosferin unsurlarına böyle bir rol geçer. Özellikle mikroorganizmaların, ölmekte olan organik kalıntıların ayrışma süreçlerinde öncü bir rol oynadığı gerçeği, Pasteur'ün parlak araştırması ile 1862 gibi erken bir tarihte kanıtlanmıştır.
Yüksek sıcaklıkların ve çeşitli antiseptik ajanların organik maddelerin ayrışması üzerindeki etkisini aydınlatmak amacıyla yapılan çok sayıda deney, daha sonra bu pozisyonu belirledi. Bununla birlikte, bu deneylerin bazılarının, yukarıdaki koşullar altında, ayrışma süreçlerinin tamamen durmadığını, ancak yalnızca önemli ölçüde bastırıldığını gösterdiğine dikkat edilmelidir; bu, bu süreçlerin, çok ihmal edilebilir bir derecede olmasına rağmen, mümkün olduğunu varsaymayı mümkün kılar. hala bazen tamamen yürürlükte kimyasal etkileşimçürüyen malzeme parçaları. Her durumda, son fenomen kategorisine, organik maddelerin ayrışma süreçlerinde mütevazı bir rolden daha fazlası verilmelidir.
Topraktaki organik maddelerin ayrışma süreçleri esas olarak biyokimyasal süreçler ise, bu süreçlerin bir veya daha fazla hava akışına, toprak nemine, sıcaklık koşullarına bağlı olarak doğal koşullar altında toprakta hangi çeşitli biçim ve yönleri alabileceği açıktır. , kimyasal ve fiziksel özellikler ortamlar vb.
Organik kalıntıların ayrışmasının her bir durumda ne kadar ileri gidebileceğini ve bu ayrışmanın her bir durumda hangi ara aşamalarda geciktirilebileceğini anlamak için, yukarıda belirtilen faktörlerin her birinin bu süreçlerdeki önemini ayrı ayrı ele alacağız, dahası, bu konuyla ilgili mevcut sayısız literatürden alıntı yapmadan, sadece bu alanda elde edilen nihai sonuçları bildirmekle yetiniyoruz.
Burada sunulan araştırma için başlangıç noktası, seçimin iyi bilinen konumudur. karbon dioksitçürüyen organik maddeden bu ayrışmanın hızının ve enerjisinin bir ölçüsü olarak kabul edilebilir (Hoppe-Seuler). Bununla birlikte, toprakta, mikroorganizmaların hayati aktivitesinin etkisi altında organik maddelerin ayrışma süreçlerine paralel olarak, süreçlerin genellikle tersine çevrildiği - sentetik - ve bu nedenle salınan karbondioksit miktarının mümkün olmadığı göz önüne alındığında, her zaman organik maddenin ayrışmasının bir ölçüsü olarak hizmet eder, başka bir araştırma yöntemine, yani doğrudan bileşiminde bulunan çürüyen maddeden ayrılan mineral bileşiklerinin miktarının analizine başvurabilir.
Organik maddelerin ayrışma hızını ve doğasını belirleyen ana koşullardan, sıcaklığın etkisini, nem derecesini, hava girişinin derecesini, ortamın kimyasal özelliklerini ve ayrışmaya giren nemin yapısını incelemeye odaklanacağız. Bu işlemlerle ilgili materyal.
Sıcaklık ve nemin etkisi. Bu konuda en detaylı araştırma Wollny tarafından yapılmıştır.
Ayrışan malzeme U-şekilli tüplere yerleştirildi ve içlerinden karbondioksit içermeyen hava geçirildi. Bu tüpler, sıcaklığın istenildiği gibi ayarlandığı su banyolarına yerleştirildi.
Alınan nesnenin nemi sabit kaldıysa, artan sıcaklıkla birlikte karbondioksit (CO2) miktarı arttı. Böylece tüplerden geçen hava karbondioksit içeriyordu (kompost toprağında):
Buna karşılık, sıcaklık sabit kalırsa ve nemlendirme derecesi artarsa, CO2 miktarı da buna göre artar:
Bu nedenle, ayrışan substratın hem sıcaklığı hem de nemi, ilgilendiğimiz süreci bir yönde etkiler.
Deneylerinde sıcaklık ve nem koşullarını zıt yönlerde değiştiren Wollny, CO2 oluşumunun en yoğun olarak ortalama sıcaklık ve nem koşullarında gerçekleştiği sonucuna vardı. Yani, örneğin, ne zaman
Benzer sonuçlar, diğer şeylerin yanı sıra çok yüksek sıcaklıklarda (137 ° 'ye kadar) çalıştığı için araştırması da ilgi çeken Fodor tarafından elde edildi. Tüm deneyleri Wollny'nin vardığı sonuçları tamamen doğruladı; diğer şeylerin yanı sıra, çok yüksek sıcaklıklarda, çürüyen kütleden karbondioksit salınımının devam etmesine rağmen son derece zayıf olduğunu belirtti. Petersen tarafından kara toprakta organik maddenin ayrışması ve yaprak döken ağaçların ahşabının ayrışması ile Bellen ve geç P. Kostychev tarafından - düşmüş huş ağacı yaprakları, taze ladin iğneleri ve saman ile yapılan daha ileri çalışmalar gösterdi. genel olarak, hem sıcaklık hem de nem gerçekten aynı yönde hareket eder. , ancak belirli bir sınıra kadar (artış yönünde veya tersine, azalma yönünde), mikroorganizmaların hayati aktivitesi bundan dolayı zaten bozulduğunda, ve süreç bununla bağlantılı olarak çok zayıf ve yavaş ilerlediğinde.
Tüm bu gözlemlerden elde edilen nihai sonuç şu şekilde formüle edilebilir: Organik maddelerin bozunma enerjisi belirli bir noktada optimuma ulaşır. ortalama nem ve sıcaklık. Nem eksikliği, bu enerjiyi ve fazlalığını azaltır, çünkü ikinci durumda, ayrışan kütlede havanın serbest dolaşımı engellenir. Düşük ve Yüksek sıcaklık ayrıca açıklanan işlemi de engeller.
Doğal çevreye aktarılan tüm bu deneylerin ve gözlemlerin sonuçları, bu veya bu miktarda humusun - bu veya bu bileşimin bu veya bu alanındaki birikimin nedenlerini mümkün olan en iyi şekilde anlamamıza yardımcı olur. Her bir durumda, bu fenomenleri bir yandan verilen bölgenin iklim koşullarıyla ve mikro iklimsel durumun bağlı olduğu faktörlerle (manzara, bitki örtüsünün doğası vb.) fiziksel ve kimyasal özellikler bu toprağı çevreleyen doğanın tüm elementlerinin kırıldığı toprağın kendisi (bu durumda, su ve termal özellikleri).
Ortamın kimyasal özelliklerinin etkisi. Kendimizi yalnızca bu alanda var olan en genel hükümlerle sınırlayacağız.
Wollny ve diğer birçok araştırmacının deneylerine göre ortamın asitliği, ayrışma süreçleri üzerinde iç karartıcı bir etkiye sahiptir; bu, elbette, bakteri popülasyonu için - bu ana nedensel ajan - hatırlarsak oldukça anlaşılabilir bir durumdur. tanımladığımız süreçler, asidik ortam bir zehirdir (ancak mantar mikroflorası, bildiğimiz gibi, bu faktöre belirli bir sınıra kadar duyarsızdır).
Alkali ortamın önemine gelince, bu konu üzerinde biraz daha duracağız ve bizi ilgilendiren süreçler üzerindeki sadece kalsiyum karbonatın varlığının etkisini aklımızda tutacağız, çünkü biz bu bileşikle birlikteyiz. çoğu zaman, örneğin, kalsiyum karbonatlar açısından zengin lös, lös benzeri tın, vb. oluşumlar gibi yaygın ana kayaların organik maddenin ayrışma enerjisi üzerindeki etkisi sorusu tartışılırken uğraşmak zorunda kalırlar.
Çok uzun zaman önce, CaCO3'ün (kalsiyum karbonat) organik maddenin ayrışma oranını önemli ölçüde hızlandırdığına dair bir inanç vardı. Uygulamada Tarım yakın zamana kadar, “kireç, babaları zenginleştirir, çocukları mahveder”, yani bu maddenin topraktaki humusun son derece hızlı bozulmasına katkıda bulunduğu, besinlerin (içerdiği mineral bileşiklerin içerdiği) “dışlanmış” olduğu yaygındı. o) geçici olarak toprağın verimliliğini büyük ölçüde arttırırlar, ancak aynı zamanda toprağı, sonraki mahsullerin yiyeceklerini alabilecekleri bu bileşiklerden yoksun bırakırlar. Bu hatalı inanç, diğer şeylerin yanı sıra Petersen'in araştırmasına dayanıyordu.
Petersen, deneylerini %58 humuslu (yani, toprak açıkça asidik olan) toprakla kurdu ve bu toprağa kalsiyum karbonat eklendiğinde CO2 miktarına göre bu gazın neredeyse üç katı olduğunu belirtti. kirecin organik maddenin ayrışmasını önemli ölçüde hızlandırdığı sonucuna varmıştır. Başka bir deneyde, Petersen kalkerli toprakla çalıştı - değiştirilmemiş ve ayrıca aynı toprakla, ancak daha önce kireci çıkarmak için işlemden geçirildi. hidroklorik asit. Sonuçlar aynıydı. Bahsedilen bilim adamının ilk deneyleri daha sonra, Petersen'in manipüle ettiği toprağın şüphesiz çok sayıda serbest humus asidi içerdiği gerçeğine dikkat çeken merhum P. Kostychev tarafından adil bir eleştiriye tabi tutuldu. Ortamın ortalaması alınarak böyle bir toprağa kalsiyum karbonat eklenmesinin ayrışma süreçleri için uygun koşullar yarattığı açıktır. Petersen'in başka bir deney grubuyla ilgili olarak, ikincisi, toprağın bakteri florası üzerinde zararlı bir etkiye sahip olduğu varsayılan hidroklorik asit ile toprağın ön muamelesinin etkisini kaçırdı.
P. Kostychev'in ağaç yaprakları ve chernozem toprakları ile yaptığı diğer deneyler, aksine, kalsiyum karbonat ilavesinin her zaman ayrışma enerjisini azalttığını gösterdi. Wollny, Reitmair, Kossovich ve diğerleri tarafından da benzer sonuçlar elde edilmiştir.Yalnızca istisnai durumlarda, toprak ortamı çok fazla serbest humus asidi içerdiğinde, kireç ilavesi ayrışma işlemlerini teşvik edebilir.
Bilindiği gibi, chernozem topraklarının humus zenginleşmesi, kısmen, bozkır bölgesinde en yaygın olan ana kayaların bir parçası olan kalsiyum bileşiklerinin (lös, lös benzeri tınlar, vb.) oynadığı koruyucu rolle açıklanmaktadır.
Kalsiyumun kolloidal maddelerin (hem organik hem de mineral) enerjik bir pıhtılaştırıcısı olduğunu göz önünde bulundurarak, bu elemente toprak tabakasında humus bileşiklerinin enerjik bir sabitleyicisinin rolünü de atfetmeliyiz. Kalsiyum bileşiklerinin bir nedenden ötürü toprak kaybı, bilindiği gibi, tam dejenerasyon ("bozunma") süreçlerini gerektirir - yıkama yoluyla humus maddelerinin bir kısmının kaybı vb.
Organik maddelerin ayrışmasına hava girişinin etkisi. Wollny organik maddelerinin ayrışmasındaki faktörlerden biri olarak havanın rolünü açıklamak için, aşağıdaki deney yapıldı: belirli bir sınıra kadar nemlendirilmiş kuvars kumu ve turba tozu karışımı, içinden U-şekilli tüplere yerleştirildi. saf nitrojen ve saf oksijenin yanı sıra farklı oksijen içeriğine sahip hava geçirilmiştir. Karbondioksit miktarı her 24 saatte bir belirlendi. Deneylerin sonuçları, havadaki oksijen yüzdesinin artmasıyla organik maddenin ayrışmasının arttığını göstermiştir. Aksine, ikincisinde bir azalma ile ve hatta bu gazın bazı kayıtsız gazlarla (örneğin, azot) değiştirilmesiyle, organik maddedeki karbonun oksidasyonu güçlü bir şekilde engellendi. Ayrışan malzemeye akan oksijen eksikliği, yalnızca bu ayrışmanın enerjisindeki azalmayı etkilemekle kalmaz, aynı zamanda işlemin doğasına da yansır. Bu bakış açısından, bozunma süreci (yani, hava erişimi ile ayrışma süreci) ile bozunma süreci (yani, anaerobik koşullar altında ayrışma) arasında ayrım yapmak gelenekseldir.
Organik kalıntılar havaya tam erişimle ayrışırsa (aerobik süreç “için için için yanan süreçtir”), o zaman bu süreçler doğada tamamen oksidatiftir ve organik maddenin ayrışması durmadan devam edebilir (elbette herhangi bir faktörün yokluğunda) bu fenomenlerin engellenmesi) su, karbon dioksit, nitrik, sülfürik, fosforik ve diğer asitlerin tuzları gibi ürünlere kadar. Aynı zamanda, çürüyen kalıntıların kül elementlerinin bir parçası olan mineral maddeler, olduğu gibi salınır. Organik kalıntıların bir "mineralizasyonu" vardır.
Smoldering genellikle önemli bir ısı salınımı ile meydana gelir.
Anaerobik süreçler (“çürüme süreci”) sırasında, metan (selülozun, nişastanın, pentosanların vb. anaerobik metan fermentasyonunun bir sonucu olarak), hidrojen sülfür (protein bozunmasının karakteristik bir ürünü) gibi bir dizi tam olarak oksitlenmemiş bileşikleri belirtiriz. ), hidrojen (selülozun hidrojen fermantasyonunun bir ürünü), hidrojen fosfor, amonyak, azot, vb. Ayrıca, anaerobik bozunma ürünleri arasında indol, skatol vb. gibi protein bozunmasının ara formlarını görüyoruz. Son olarak, ayrışan kütle, açıklanan koşullar altında çok sayıda organik asit oluşur - yağ asitleri ( formik ile başlayan ve daha yüksek homologları ile yağ ile biten), daha sonra laktik asit, benzoik, süksinik, vb. Organik asitler yavaş yavaş büyük miktarlarda birikir, uygun bulmaz hava eksikliği nedeniyle daha fazla çürüme koşulları, mikroorganizmaların gelişimini durdurur ve organik maddenin daha fazla ayrışmasını tamamen durdurabilir.
Yanma ve çürüme, elbette, organik maddenin, aralarında çeşitli ara aşamaların mümkün olduğu en aşırı ayrışma biçimleridir.
Ayrışan bir maddeye nem girişinin doğasının etkisi. Yukarıda sıralanan faktörlere ek olarak, organik maddelerin ayrışmasının enerjisi ve doğası, bozunan maddeye nem tedarikinin niteliğinden çok keskin bir şekilde etkilenir (S. Kravkov). Çeşitli çürüyen bitki artıklarından ayrılan mineral bileşiklerinin miktarının doğrudan bir çalışmasında, bu artıkların sistematik olarak suyla yıkanması durumunda (yani, bozunma ürünleri birbirleriyle etkileşim alanından sürekli olarak çıkarıldığında) ve bu ürünlerin her zaman ayrışan malzeme ile etkileşim halinde kalması durumunda, ilk durumda, ayrışan kütlede, asidik ürünlerin bol miktarda birikerek, daha sonraki ayrışma süreçlerini engellediği, ikinci durumda ise bu ürünlerin süreçler, aksine, her zaman çok güçlü bir şekilde ilerler. Bu fenomenin daha yakından bir incelemesi, ayrışan bir malzemenin yıkanması sırasında, bu madde tarafından alkali toprak bazlarının çok hızlı bir şekilde kaybıyla uğraştığımızı gösterdi; bu, bozunan kütlede doymamış asidik ürünlerin birikmesine katkıda bulunur; bu süreç.
Aynı fenomen, topraklarla ilgili olarak S. Kravkov tarafından tespit edildi. 1911'de ifade edilen bu sonuçlar, bugün en iyi K. Gedroits'in “toprak emici kompleks” hakkındaki öğretileri açısından açıklanmaktadır.
Açıklanan gerçekler, farklı su geçirgenliğine sahip, farklı rölyef koşullarında uzanan vb. topraklarda organik maddelerin birikmesi ve çürümesi koşullarını incelerken akılda tutulmalıdır.
Yukarıda tartışılan faktörlere ek olarak, bir dizi başka koşulun da ayrışma proseslerinin enerjisi üzerinde önemli bir etkisi vardır: bozunan malzemenin incelik derecesi (uyku ne kadar yüksekse, atmosferik maddelerle temas yüzeyi o kadar büyüktür: sıcaklık , nem, hava oksijeni vb., ayrışma süreçleri daha enerjik bir şekilde ilerler), ayrışan malzemenin kimyasal bileşimi (protein maddeleri, şekerler, bazı organik asitler en hızlı şekilde ayrışır; daha zor - selüloz, lignin, mantar maddeleri; son olarak - reçineler , mumlu maddeler, tanenler, vb.). Bu bakış açısından, şu veya bu toprağın organik maddesinin yaratılmasında her bir durumda yer alan bu bitki birliklerinin kimyasal bileşiminin bilgisi kesinlikle gerekli görünmektedir.
Tüm bu sonuçları doğaya aktararak, organik maddelerin ayrışmasının doğası ve enerjisinin, şu veya bu değişime karşı daha hassas bir tepki göstermesi gerektiğini şimdiden öngörebiliriz. harici faktör yukarıda tartışılan minerallerin ve kayaların ayrışma süreçlerinden bir yönde veya başka bir yönde. Gerçek bu varsayımı tamamen doğrular: belirli bir toprakta biriken humus miktarı, niteliksel bileşimi, kimyasal özellikleri vb. her zaman çevredeki iklim koşullarının doğası, rahatlama koşulları, bitkinin doğası ile yakından bağlantılı olabilir. (ve hayvan) dünyası ve son olarak, ana kayanın özellikleri ve toprağın kendisinin tüm dahili fiziko-kimyasal ve biyolojik özellikleri ile.
Ölmekte olan organik kalıntıların ayrışmasının enerjisinin ve doğasının bağlı olduğu koşulları göz önünde bulundurarak, şimdi bu ayrışma ürünlerinin kimyasal bileşimi ve özelliklerinin çalışmasına dönüyoruz.
Toprağın mineral kısmında olduğu gibi, bir yandan, iç kimyasal yapılarında önemli bir değişiklik olmadan toprağa geçen birincil minerallerin ve kayaların kalıntılarını (kalıntılarını) ve diğer yandan bir dizi temsilcilerinin daha fazla değişime uğraması (toprak gelişiminin farklı aşamalarında - bileşim ve özelliklerde farklıdır), bu nedenle toprağın organik kısmında "birincilden kademeli bir geçiş aralığı bulabiliriz. Ölü bitkinin bir parçası olan organik bileşikler, söz konusu madde kategorisiyle ilgili olarak "yeni oluşumlar" olarak da adlandırılabilecek ve aynı zamanda her türde tanınabilecek bu tür organik bileşiklere, bozunma süreçleri ve hayvanlar tarafından dokunulmadan kalır. bu aşama toprak gelişimi, daha fazla çürümeye nispeten zayıf bir şekilde uygundur.
Nispeten yüksek stabilite ile karakterize edilen organik maddelerin bozunma ürünleri arasında, yukarıda bahsedilen hümik maddeleri içermeliyiz. Kararlılıkları, belirli bir süre boyunca nispeten zayıf dalgalanmaları açıklar. nicel kompozisyon humus, bir veya başka bir toprak tipinde, farklılıklarından birinde veya diğerinde. Ho, elbette, her toprağın geçirdiği evrim sürecinde, bu maddeler kaçınılmaz olarak aktif bir rol alır - hatta tamamen yok olmalarına ve ardından mineralleşmelerine kadar, yani mineral bileşikler onlardan düşene kadar - serbest biçimde. ve "organojenlerin" CO2, H2O vb. gibi son ürünlere dönüşümüne kadar.
Yukarıda bahsettiğimiz geçici ve "geçici" ve dolayısıyla tutarsız ve karakteristik olmayan ayrışma ürünlerinin bileşimini ve özelliklerini bir kenara bırakarak, humus adı verilen bu özel toprak oluşumunun incelenmesine devam edeceğiz.
Toprak oluşumunda ve bitki yaşamında çok önemli bir rol oynayan toprak humus bileşikleri, uzun süredir çok sayıda araştırmacının dikkatini çekmiştir. Buna rağmen, humusun oluşumu, bileşimi ve özellikleri ile ilişkili tüm fenomen kompleksini tam olarak anlamak hala mümkün değildir.
Toprak humusunun bileşimini ve özelliklerini anlamak için, analitik yol uzun süredir kullanılmaktadır: bu karmaşık kompleksi toplam toprak kütlesinden bir şekilde izole etmek için uzun süredir çeşitli girişimlerde bulunulmuştur, ardından bileşiminin bir analizi ve ardından. özellikleri.
Sprengel tarafından önerilen ve bugüne kadar Grandeau modifikasyonunda önemini kaybetmemiş olan hümik maddelerin topraktan çıkarılması yöntemi, toprağın bir tür alkali karbonat (sodyum karbonat, potasyum karbonat veya amonyak karbonat) ile işlenmesinden ibarettir. Toprağın sözü edilen reaktiflerle uzun süre ve tekrar tekrar yıkanmasıyla, genellikle bu toprağın neredeyse tamamen renk değiştirmesini sağlamak ve filtratta siyah veya kahverengi bir sıvı elde etmek mümkündür, bu nedenle incelenen toprağın humus maddelerinin alkali bir çözeltisidir. (“siyah madde”). Doğrudan humus bileşiklerine ait olmayan (en ince süspansiyonlar halindeki) toprağın mineral maddelerinin belirli bir bölümünde “siyah maddenin” çözeltisine girebileceği göz önüne alındığında, bahsedilen filtrasyon, yukarıdakiler şu anda genellikle bu süspansiyonları tamamen geciktirebilen özel filtreler kullanılarak gerçekleştirilir (örneğin, Chamberlain kil mumları vb. kullanarak).
Çalışmaların gösterdiği gibi, tüm humus bileşiklerini bu şekilde izole etmek hala mümkün değildir: toprağı ne kadar uzun süre ve tekrar tekrar karbonik alkalilerle tedavi edersek edelim, ikincisi neredeyse her zaman çözülemeyen ve atılamayan belirli miktarda organik madde içerir. . Literatürde, bazı topraklarda toplam organik madde kütlesinin %15 ila %30'u ve hatta %40'ı bulunduğuna dair göstergeler vardır ki bu, elbette, en yakın incelemenin son derece önemli ve acil olduğunu gösterir. toprak humusunun bu çıkarılamayan kısmı. Önceki araştırmacılar, alkaliler tarafından ayrışmayan bu bileşikleri, toprak humusunun "kayıtsız" maddeleri olarak adlandırdılar (humin - daha koyu renkli, ulmin, hein, vb. - kahverengimsi).
Yukarıda tartışıldığı gibi, toprakların hümik maddelerinin bir kısmının bir alkalin özüne dönüştürülmesi işlemi, genellikle çeşitli hümik asitlerin çözünür alkali tuzlarının oluşumu olarak kabul edildi.
Eski araştırmacılar, toprak humusunun bu asidik kısmında şunları ayırt ettiler: 1) ulmik asit, 2) hümik asit, 3) yaban turpu asidi (anahtar) ve 4) apokrenik asit (tortul-anahtar) ve ulmik ve hümik asitlerin olduğuna inanılıyordu. toprak humusunun en az oksitlenmiş kısmı, yani en genç ve en ilk biçim sentezinde yer alan bazı organik bileşiklerin bozunması; crenic asit, yukarıda bahsedilenlerden zaten daha fazla oksitlenmiş bir üründür; son olarak, apokrenik asit daha da oksitlenmiş bir maddedir ve toprak humusunun yapımında yer alan bu organik bileşiklerin daha da derin bir bozunmasını karakterize eder.Humusun yukarıda sözü edilen sözde bileşenlerinin her biri, belirli bir kimyasal birey olarak kabul edildi ve çeşitli özel kimyasal formüllerde çeşitli yazarlar tarafından giydirilmiştir.
Yukarıda listelenen toprak humusunun bileşenleri, bir dizi araştırmacıya göre aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Hümik asit (ve ona yakın ulmik) - siyah; suda çok az çözünür. Tuzları ("humatlar") - seskioksitlerin yanı sıra kalsiyum, magnezyum ve demir oksit tuzları da çözünmez. Çözünür sadece alkali tuzlarıdır (potasyum, sodyum, amonyum).
Krep asidi ("anahtar" asit) - suda kolayca çözünür; sulu çözeltisi renksizdir. Tuzları ("krenatlar") - alkali, alkali toprak ve demir oksit tuzları - kolayca çözünür. Aynısı alüminanın asit tuzları için de söylenmelidir; seskioksitlerin tuzları - orta, manganez ve bakırın yanı sıra - suda çok az çözünür.
Apokrenik asit ("sedimanter anahtar" asit), suda krenik asitten biraz daha az çözünür. Alkaliler ve demir oksit tuzları (“apokrenatlar”) suda kolayca çözünür; alkali toprak bazların tuzları - biraz daha zor; seskioksitlerin tuzları, manganez ve bakır tuzları zor çözünür.
Toprak humus bileşenlerinin tarif edilen özellikleri, aynı zamanda, ayrı üretimleri için mevcut yöntemlerin temelidir.
Humus fikri, çeşitli, kesin asit bileşimi ve tuzlarından oluşan bir kompleks olarak bir dizi modern araştırmacı tarafından da desteklenmektedir. Böylece, Sven-Oden, toprak humusunun bileşiminde aşağıdaki bileşikleri ayırt eder:
Humus kömürleri (eski yazarların ulmin ve huminlerine karşılık gelir). Bunlar "humik" ve hymatomelanik asitlerin anhidritleridir. Suda çözünmezler ve kolloidal çözeltiler vermezler. Siyah veya koyu kahverengi kaplı.
Hümik asit; önceki yazarların hümik asidine tüm özellikleri ile karşılık gelir (suda ve alkolde çok az çözünür; alkali olanlar hariç tüm tuzları da çözünmez; su ile kolloidal çözeltiler verebilir; asit siyahtır- kahverengi renkte).
Himatomelanik asit; eski yazarların ulmik asidine karşılık gelir. Kahverengi renk. Hümik aside benzer, ancak alkolde çözünür. Su ile kolloidal çözeltiler verir.
Fulvik asitler, önceki yazarların krep ve apokrenik asitlerine karşılık gelir. Tuzlarının çoğu gibi suda kolayca çözünür. Sarı boyalı.
Böylece, Sven-Oden, araştırmasına dayanarak, toprağın hümik maddelerinin gerçekten belirli kimyasal bileşikler (asitler ve türevleri) olduğunu, ancak kısmen kolloidal bir durumda olduklarını, ayrıca sözde verebilirler. "emici bileşikler".
Toprağın humus maddesini oluşturan bileşenlerin doğasını aydınlatmaya yönelik girişimlere paralel olarak, uzun süredir aktif araştırma çalışmaları devam etmektedir. iç yapı bu karmaşık kompleks. Kül maddelerinin humusunun ve onun azotlu bileşiklerinin "çekirdeği" ile bağlantının doğası ve gücü sorusuna özellikle dikkat çekildi.
Bazı çalışmalara dayanarak, toprak humusunu oluşturan organo-mineral bileşiklerin, hümik asitlerin basit ve çift tuzları olduğu, kül maddelerinin bazların asitlerle olan bağları gibi organik maddelerle ilişkilendirildiği ve böylece yasalara uyduğu düşünülebilir. basit kimyasal reaksiyonların (Schibler, Mulder, Pitch). Öte yandan, kül maddelerinin humusa çok daha sıkı bir şekilde gömüldüğüne ve humustan tamamen çıkarılamadığına dair kanıtlar vardır. son yol geleneksel yöntemlerle, ancak yalnızca tamamen yok edildikten sonra (örneğin, yakarak) işlemek.Bunun önceki yazarlardan gelen göstergelerine sahibiz. Örneğin, Rodzianko, humusu tekrar tekrar çöktürdükten ve onu %30 hidroklorik asitle işlemden geçirdikten sonra, yine de içinde yaklaşık %1.5 kül buldu. Tüm bu çalışmalar, humus kompleksinin kendi molekülünde minerallerin bulunduğunu düşünmek için sebep veriyor.
Bazı bilim adamlarına (Gustavson) göre, asidik sulu kalıntılara ek olarak, hümik madde ayrıca hidrojeni zayıf asit karakterli metallerle (demir, alüminyum) değiştirilebilen alkol kalıntıları da içerir. Hümik maddenin külünde bulunan tam olarak bu çok atomlu metallerdir ve mineral bileşiğin geri kalan mineral kısmı (P2O5, SiO2, diğer bazlarla kısmen doymuş) ile organik maddeler arasında bağlantılar olabilirler. Böyle bir bileşik, alkaliler tarafından ayrıştırılmamalıdır, çünkü bilindiği gibi, alkollü sulu kalıntıların hidrojeni, alkali karakterli radikallerle değiştirilemez.
Ayrıca, 200 ° C'ye ısıtıldığında kostik alkali ve su içeren humus maddelerinin protokateşinik asit (dioksibenzoik asitlerden biri) verdiğini gösteren Hoppe-Seyler'in çalışmaları, humus kompleksinde fenolik sulu kalıntıların bulunduğunu göstermektedir ( onaylanmış son araştırma- F. Fischer).
Reinitzer, hümik asidin Fehling sıvısını geri kazandırma kabiliyetini belirtmiş ve bunun ayrıca bir aldehit grubu veya fenolde olduğu gibi bir hidroksil grubu veya her ikisini birden içerdiğini düşünme eğilimindedir. Hümik asidin bileşiminde karboksil gruplarının varlığına dair belirli göstergeler vardır. Levakovsky, P. Slezkin, S. Kravkov, humustaki organik ve mineral kısımlar arasındaki bağın, taze bitki maddesinde olduğu kadar güçlü olduğuna ve tümüsün kül kısımlarının bir kısmını, sanki "kalıtsal" olarak aldığına inanıyor. humus eski. Bu bakış açısından, humusun kül maddeleri organik maddenin tam molekülüne girer ve humus kompleksi toprağa ölmekte olan bitki (ve hayvan) kalıntılarından bir dereceye kadar “hazır” bir biçimde girer, yani. tamamen organik, ancak mineral-organik bir madde, daha sonra bitiyormuş gibi, toprağa girdiğinde, nihai oluşumu, zaten topraktan bir dizi başka kül elementi ekleyerek. B. Odintsov ve Gartner'ın çürüyen bitki artıklarından, bileşim ve özellikler bakımından toprak humusuna çok benzeyen özler elde eden sonraki çalışmalarında bu görüşün bazı teyidini buluyoruz.
Daha özel bir soruya çok sayıda çalışma ayrılmıştır - toprak humusundaki azot hangi biçimdedir. Bu elementin humusta kısmen amonyak bileşikleri şeklinde bulunduğuna dair kanıtlar vardır; bu, humus maddelerini kostik alkalilerle kaynatarak ve asitlerle yeniden çökelterek bu bileşikleri uzaklaştırma olasılığı ile kanıtlanmıştır. Tenar, aşırı derecede çürümüş gübreden, KHO'da 10 kat çözünme ve asitle çöktürmeden sonra nitrojen içeriğini düşürmeyen asidi çıkardı; bu nedenle yazar, bu nitrojenin amonyak olmadığı, ancak asidin kendisinin bir parçacığına ait olduğu ve yalnızca madde tamamen yok edildiğinde, örneğin kostik alkali ile kaynaştığında vb. diğer bilim adamları da toprak humusundaki bazı - daha yakından çalışılmamış - çok güçlü azotlu bileşiklerin varlığını belirttiler. Berthelot, Andre'nin çalışmaları, toprak humusundaki azotun bilinen kısmında amidler ve amino asitler şeklinde olduğunu gösterdi. Aynı zamanda, isimlendirdiğimiz son yazarların deneyleri, amid ve amino asit (ve amonyak) azotuna ek olarak, toprak humusunun bir miktar (toplam azot miktarının %20 ila %66'sı) içerdiğini gösterdi. bu element bir şekilde (ki belirsiz kaldı), alkaliler veya nitröz asit tarafından ayrışmadı. Bazı araştırmacılar, humusun bu kararlı azotlu kısmının hayvansal kökenli maddelerin (keratin, kinin, vb.) Kalıntıları olduğunu düşünmektedir. Merhum P. Kostychev, bu azotlu maddelerin toprak humusu üzerinde yaşayan canlı bakteri ve mantarların bir parçası olduğunu düşündü. Humusta protein maddelerinin bulunduğuna dair bir varsayım (Demyanov) vardır, ancak serbest biçimde değil (hem kimyasal reaktiflerden hem de enzimlerin etkisi altında kırılgan ve kolayca parçalanabilen), ancak diğerleriyle daha güçlü bir kombinasyon halinde. asidik maddeler, örneğin tanik ve fosforik asitler ve son olarak nitrojen içermeyen hümik asitler veya susuz vasküloz ile. Nükleinlere, nükleoproteinlere, lesitine vb. ait olan toprak humusundaki nitrojenin varlığından şüphelenmek için iyi nedenler vardır. Toprak humusundaki proteinin varlığı A. Shmuk'un çalışmaları ile doğrulanır.
Elde edilen başarılar, özellikle son yıllar, kolloidal kimya, toprak biliminin bazı hükümlerine yansıtılamadı ve özellikle de oynayamadı. önemli rol ve hümik maddelerin gerçek doğasını aydınlatmada. Van Bemmelen, Fischer, Ehrenberg g'nin çalışmaları ve Rus bilim adamı K. Gedroits'in olağanüstü araştırması, şimdi, toprağın hümik maddelerini bir dereceye kadar kolloidal halde bileşikler olarak görmemizi sağlıyor. Bu maddelerin sahip olduğu bir dizi tuhaf özelliğin incelenmesi bizi buna yönlendiriyor. Bu nedenle, asitlerin ve tuzların etkisi altındaki çözeltilerden pıhtılaşma yetenekleri, don ve elektrik akımı, onlar tarafından en güçlü su emilimi ve - bunun bir sonucu olarak - en güçlü şişme yeteneği ve kuruduktan sonra hacimde en güçlü azalma, çok zayıf elektrolitik iletkenlik, hümik maddelerin geçirdiği dönüşümlerin yasalarına tabi olması. yüzey gerilimi ve stokiyometrik yasalara değil, humus maddelerinin zıt yüklü kolloidlerin sollarını çökeltme yeteneği, karmaşık karışımlar ve karmaşık ekleme ürünleri oluşturma yeteneği, vb. - tüm bunlar, humus maddeleri karşısında bir kompleks gördüğümüzü doğrular. belirli bir kısımda kolloidal durumda olan bileşikler kompleksi.
Bu bakış açısından, yukarıda ele alınan hümik maddelerin bazı özellikleri bize biraz farklı bir biçimde çekilmelidir. Bu nedenle, örneğin humus maddelerinin bir parçası olan kül, herhangi bir spesifik kimyasal bileşik olarak değil, “emici bir bileşik” olarak düşünülmelidir; hümik maddelerin alkalilerdeki çözeltileri gerçek çözeltiler değil, iki değerli ve üç değerli katyonların (Ca ++, Mg ++, Al +++, Fe +) hümik maddeler üzerinde çökeltici etkisi olan sözde çözücüler olmalıdır. ++) - pıhtılaşma, pıhtılaşma, jel oluşumu vb. Bir süreç olarak. W. Gemmerling'e göre, humus maddelerinin dağılımı, oksidasyon derecelerine ve aktivitelerine paralel olarak artar. Bu bakış açısından, W. Gemmerling, humin ve ulmin'i en az dağılmış cisimler olarak kabul eder ve krep ve apokrenik asitler en fazla dağılmışlardır.
Baumann ve Gully'nin eserlerinde ise van Bemmelenn'in yukarıdaki görüşleri aşırı bir ifade bulmuştur; adı geçen yazarlar, hümik asitlerin hiçbir zaman gerçek tuzlar oluşturmadığını, tuz olarak tanımlanan tüm bileşiklerin aslında ne kompozisyon sabitliğine ne de iyonik reaksiyon kabiliyetine sahip olduklarını, sadece "absorpsiyon (adsorpsiyon) bileşikleri" olduğunu kanıtlamaya çalıştılar. " Şu anda bu görüşlerin abartılı olduğunu düşünmeliyiz, çünkü yukarıda belirttiğimiz gibi humik maddelerin sadece bir kısmı toprakta kolloidal halde olabilir; ek olarak, maddenin kolloidal durumunun, maddenin kimyasal reaksiyonlara girme yeteneğini dışlamadığına dikkat edilmelidir.
Daha sonraki bir dizi çalışmaya dayanarak, yukarıda bahsedilen "asitlerin" hiçbirinin belirli bir kimyasal birey olmadığı, ancak tek tek ele alındığında çeşitli bileşiklerin karmaşık bir kompleksi olduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Bu bakış açısından, toprak humusunu yukarıda belirtilen bileşenlere ayırmak için mevcut yöntemler şartlı olarak kabul edilmelidir, yani "hümik", "krep" ve "apokrenik" asitler kelimesi ile fiziksel ve kimyasal özellikler kompleksler.
Toprağın organik kısmının çok çeşitli organik bileşiklerin (reçineler ve yağlar, gliserol, nükleinler, aldehitler) varlığını içerdiğini belirten daha önceki yazarlardan (Post, Muller, Reinitze, Berthelot ve diğerleri) buna ilişkin göstergelerimiz var. , ve diğerleri). ); Bununla birlikte, bu hüküm, Amerikalı bilim adamlarının (Schreiner ve Shorey ve diğerleri) çalışmalarından sonra özellikle güçlü bir gerekçe aldı. İkincisi, humus bileşiklerinin bileşimini ve özelliklerini incelemek için, çeşitli Amerikan topraklarına bir dizi çok çeşitli reaktif uygulandı - topraklardan humusta bulunabilecek en çeşitli organik bileşik gruplarını çıkarmak için bu topraklardan. Bu amaçla çözücü olarak kostik alkali, mineral asitler, alkol, petrol ve etil eter vb. kullanmışlardır.
Bulunan asitler şunlardı: monooksistearik, dioksistearik, parafinik, lignoserik, agrocerik, oksalik, süksinik, krotonik ve diğer asitler.
Karbonhidratlardan bulundu: pentozanlar, heksoz, vb.
Hidrokarbonlardan: entriacontane.
Alkollerden: fitosterol (kolesterol maddeleri grubundan), agrosterol, mannitol vb.
Esterlerden: reçine asitlerinin esterleri, kaprik ve oleik asitlerin gliseritleri vb.
Azotlu maddelerden: trimetilamin, kolin.
Diamino asitler: lisin, arginin, histidin, vb.
Sitozin, ksantin, hipoksantin, kreatin.
Pikolinkarboksilik ve nükleik asitler.
Bahsedilen bileşiklere ek olarak, benzoik asit, vanilin ve diğerleri birçok toprakta izole edilmiştir. diğerleri
Hümik asitte (yani bir alkali ekstraktın hidroklorik asit ile muamelesi sırasında oluşan çökeltide) listelenen tüm maddelerden aşağıdakiler üstün geldi; reçine asit esterleri, reçine asitleri, yağ asidi gliseridleri, agrosterol, fitosterol, agrocerik, lignoserik, parafinik asitler, vb.; krenik ve apokrenik asitlerin bileşiminde (yani, yukarıda bahsedilen tortudan asit filtratında), aşağıdakiler bulundu: pentozanlar, ksantin, hipoksantin, sitozin, histidin, arginin, dioksistearik ve pikolinkarboksilik asitler, vb.
Toprakların kostik alkali (% 2) ile tekrar tekrar işlenmesiyle, ikincisinin hala çözeltiye geçmeyen önemli miktarda bazı organik bileşikler içerdiğini belirtmek ilginçtir (önceki yazarlar tarafından “humin” ve “ulmin”).
Elbette, artık hümik, krep ve apokrenik asitler olarak adlandırılanların herhangi bir özel kimyasal bireyi temsil etmediğine ve her birinin ayrı ayrı çeşitli organik bileşiklerin bir karışımı olarak alındığına şüphe yoktur. Bununla birlikte, yukarıda belirtilen Amerikalı araştırmacıların çalışmaları, humusun bileşiminin aydınlatılmasıyla ilgili sorunu hiçbir şekilde çözmemektedir, çünkü yukarıda listelenen tüm maddeleri, incelenen toprakların organik kısmında genel olarak mı yoksa sadece organik olarak mı belirledikleri belirsizliğini korumaktadır. kompozisyonlarının humus kısmı (yukarıda yaptığımız bu iki kavramın ayrımını hatırlayın). Bunun yerine, yukarıda topraklardan izole edilen tüm organik bileşiklerin, genel olarak toprağın organik kısmının bileşenleri olduğunu varsaymalıyız; ancak bunlardan hangisinin toprak humusunun bir parçası olduğu belirsizliğini koruyor. Bitki ve hayvan kalıntılarının bir parçası olan tüm bu organik bileşiklerin topraklarda mevcudiyetinin yanı sıra, bu bileşiklerin çeşitli ara ayrışma biçimlerinin mevcudiyeti elbette hiçbir şüpheye konu olamaz. Bu nedenle, Amerikalı bilim adamları tarafından yürütülen çalışmalar, humus dediğimiz bu organo-mineral toprak neoformasyonunun bileşimi ve özellikleri sorununu çözmede bizi pek ilerletmiyor. En iyi ihtimalle, bize elimizde fazladan bir argüman veriyorlar - “hümik”, “krep” vb. Kelimeleriyle şartlı olarak birleştirdiğimiz bu komplekslerin kimyasal karmaşıklığından ve çeşitliliğinden şüphelenmek için.
Henüz topraktan saf hümik maddeleri izole edip onları bireyselleştirebileceğimiz hiçbir yöntemin bulunmadığı gerçeği göz önüne alındığında, az ya da çok ifade ettiğimiz düşünceler diğer tüm çalışma ve çalışmalara az ya da çok uygulanabilir. Toprak humusunun bileşimini ve özelliklerini bir şekilde topraktan ayırmaya çalışarak çözmeye çalışan, çünkü gerçekten toprak hümik maddeleriyle mi uğraştığımızdan veya önümüzde sadece çeşitli kalıntılar olup olmadığından asla emin olamayız. ölü bitki ve hayvan kalıntılarının bir parçası olan ve genel olarak bu toprağın organik kısmının geçici bileşikleri olarak tanımamız gereken organik bileşiklerden.
Bu yöntemle belirlenen tüm organik bileşiklerin, çalışılan toprakların kullanılan bir veya başka bir reaktif (alkali, alkol, vb.) ile işlenmesi sürecinde elde edilen bir tür yeni oluşumlar olup olmadığını varsaymak için hiçbir neden yoktur. Son olarak, farklı topraklardaki humus bileşiminin elbette çok farklı olduğuna (ölmekte olan bitki örtüsünün bileşimine, iklim koşullarına, toprağın mineral kısmının fiziko-mekanik ve kimyasal bileşimine bağlı olarak) işaret edilemez. toprak vb.). Bu nedenle, toprak humusunun bileşimini ve özelliklerini yukarıda bahsedilen şekilde açıklama arzusu, kuşkusuz, bize her bir durumda, elde edilen veriler hakkında koşullu özel fikirler vererek, çok fazla güçlükle karşılaşır.
Şimdi ifade edilen tüm düşünceler, yukarıda belirttiğimiz gibi, bu amaçla yapılan en son girişimlere tamamen uygulanabilir. son zamanlar toprak kütlesinden hümik maddeleri izole etmek için araştırma yöntemleri alanında bir dizi araştırmacı. Karrer ve Boding-Wieger tarafından önerilen ve Springer tarafından yaygın olarak kullanılan bir yöntem olan asetil bromür (CH3COOBr) ile muamele edilerek toprak hümik maddelerinin izole edilmesi yöntemine şu anda özellikle dikkat çekilmektedir. Asetil bromür, ilgili çalışmaların gösterdiği gibi, henüz bitki kalıntılarını nemlendirmemiş ve toprağın hümik maddelerini neredeyse hiç etkilememiş, toprağın tüm organik maddelerini çözüme kavuşturur ve bu, görünüşe göre, tarım için geniş olanaklar açar. sonraki doğrudan çalışma ve bunların analizi. Bununla birlikte, bu yöntem hala çok az çalışılmış ve çok az test edilmiştir, bu nedenle şimdilik kesin yargılardan kaçınmak gerekir. Hümik maddeleri topraktan izole etmeye yönelik diğer son girişimlerle ilgili olarak söylenenler, örneğin hidrojen peroksit, piridin vb. ile toprak işleme yöntemlerine ilişkin olarak daha uygulanabilir. Schreiner ve Shorey tarafından kullanılan yukarıdaki yöntem, bunun bir sonucu olarak, yukarıda bahsedilen araştırmacılar tarafından toprak hümik maddelerinin bileşimi ve özellikleri hakkında öne sürülen tüm değerlendirmeler ve hükümler, bir dizi çözülemez şüphe uyandırmaktadır.
Bu itibarla, hümik maddelerin bileşimi, yapısı ve özellikleri hakkında yukarıda adı geçen yazarların ifade ettikleri görüşlerin tamamının, güvenilmez ve şartlı gerekçelere dayandırılarak bu derste sunulmasının mümkün olmadığını düşünüyoruz.
Uzun bir süredir, hümik maddelerin bileşimini ve özelliklerini değerlendirmek için farklı bir yöntem, yani sentetik yöntem veya daha doğrusu genetik yöntem, yani humus maddelerinin yapay olarak elde edilmesi yönteminin uygulanması için girişimlerde bulunulmuştur. tüm karakteristik özellikleri) belirli kimyasal bireylerden, bu bireylerin yol boyunca geçtiği tüm bu ara aşamaların ayrıntılı bir çalışmasında. Humusun genetik inceleme yolunun şüphesiz daha verimli olduğunu ve bize bu karmaşık kompleksin kökeni, bileşimi ve özellikleri ile ilgili soruları çözmenin anahtarını verme olasılığının daha yüksek olduğunu kabul etmeliyiz.
Bu yolda iki yöntem kullanılabilir: bitki gövdesinde en yaygın olan çeşitli organik bileşikleri bir veya başka bir reaktifle işleyerek hümik maddelere benzer bileşikler yapay olarak elde etmeye çalışılabilir. Bu yol, eski araştırmacıların çalışmalarında yaygın olarak kullanıldı (özellikle bu tür deneylerin çoğu, karbonhidratlarla, güçlü mineral asitlerle işlenerek gerçekleştirildi). Veya, incelenen nesnelerin bu tür "şiddetli" nemlendirme yöntemlerinin kullanılmasından kaçınmak için, farklı bir yöntem kullanılabilir, yani: belirli kimyasal bireyleri (proteinler, karbonhidratlar, vb.) ve bunların kombinasyonlarını farklı koşullara yerleştirmek. ayrışmalarının (farklı sıcaklıklarda, çeşitli havalandırma ve nemlendirme koşulları altında, katılımıyla) biyolojik faktörler ve onlarsız vb.), incelenen nesnelerden hangilerinin ve hangi koşullar altında humusa benzer maddelere dönüşebileceğini ve hangilerinin olamayacağını araştırmaya ve bu nesnelerin nihai oluşumuna giden yolda geçirdiği ara aşamaları incelemeye çalışın. humus, gerçekleşen kimyasal dönüşümlerin özüne nüfuz etmeye çalışın. Bu yolu hem daha doğal hem de daha üretken olarak kabul etmeliyiz.
Bizi ilgilendiren sorunun böyle bir ifadesinden doğan genel bir düzenin ilk sorusu şudur: humusun oluşumunda doğrudan yer alan ölmekte olan bitki ve hayvan kalıntılarının kurucu parçaları nelerdir? Başka bir deyişle: humusun maddi bileşiminin "orijinal kaynakları"nı bu kurucu parçalardan hangisini dikkate almalıyız? Bazı araştırmacılar, bitkilerin (ve hayvanların) yalnızca bozunma süreçleri sırasında karşılaştırmalı stabiliteye ve güce sahip olan bileşenlerinin humus oluşumunda yer alması gerektiğine dair teorik öncüllere dayanarak, humus oluşumunun ana kaynağının, humus oluşumunun ana kaynağı olduğu varsayımında bulunurlar. lif, kabuk yapıcı maddeler, lignin, zamk, tanenler vb. Bitki artıklarının diğer bileşenleri (proteinler vb.) çürüme süreçleri sırasında toprakta son ürünlere (CO2, H2O, vb.) o kadar kolay ve hızlı bir şekilde ayrışır ki, buna göre, bu araştırmacılara göre toprak kütlesinde sabitlenemezler ve bu nedenle humus olan o güçlü ve kararlı kompleksin sentezinde yer alamazlar. Diğer araştırmacılar farklı bir bakış açısı ortaya koymuşlardır ki bu bir dereceye kadar az önce ifade edilenin tam tersidir, yani toprak humusunun oluşumunda en yakın ve en doğrudan kısmın tam tersine en hareketli ve en dolaysız olanıdır. özellikle, sadece ölmekte olan organik kalıntıların suda çözünür bozunma ürünleri (Levakovsky, Hoppe-Seler, Slezkin, Kravkov).
Bu araştırmacıların çalışmalarına dayanarak, atmosferik suyun, taze, yani henüz herhangi bir ayrışma işlemine tabi tutulmamış olsa bile, bitki kalıntılarının bir dizi hem organik hem de kül bileşiğini yıkayabildiği görülebilir. çeşitli fizyokimyasal ve biyokimyasal ajanların etkisi koyu, humus benzeri maddelere dönüşebilir. Bu süreç, elbette, suyun belirli çürüme aşamalarından geçmiş olan ölü bitki kalıntılarına etki etmesi gerektiğinde (esas olarak doğal koşullarda ele alınması gereken bir durum) daha da dramatik bir ölçekte gerçekleşir.
Toprak humusunun maddi bileşiminin birincil kaynakları hakkında yukarıda ana hatları çizilen çelişkili yargıların, şimdi keskinliklerini kaybettiğini düşünmeliyiz. Artık hiç şüphe yok ki, tamamen organik bileşiklerin humusa dönüşmeden önce sıvı fazdan geçmesi gerekir. Ve kesinlikle kararlı ve kesinlikle değişmeyen organik bileşikler mevcut olmadığından ve hepsi tamamen kimyasal veya biyokimyasal ajanların etkisi altında, hareketliliklerini ve çözünürlüklerini arttırma yönünde (hatta lignin, reçineler ve tanenler) dahil olmak üzere çeşitli dönüşümlere maruz kalabilirler. ), genel olarak, bitki ve hayvan kalıntılarını oluşturan tüm organik bileşiklerin toprak kütlesinin humus çekirdeğinin yapımında yer alabileceğini kabul etmek gerekir. Soru, yalnızca bu çekirdeğin inşa sürecinde organik bileşiklerin her birinin katılım payının açıklığa kavuşturulmasına ve en önemlisi, organik bileşikler ile mineral maddesi arasında meydana gelen karmaşık kimyasal, fizikokimyasal ve biyokimyasal etkileşimlerin açıklığa kavuşturulmasına indirgenmiştir. toprak, başka bir deyişle, organo-mineral kompleksinin, toprak gövdesinin oluşum sürecine eşlik eden bu karmaşık fenomenlerin çalışmasına.
Bu alanlarda kapsamlı araştırmalar A. Trusov tarafından laboratuvarımızda gerçekleştirilmiştir. Çeşitli organik bileşikleri - genellikle oldukça uzun bir süre - çeşitli ayrışma koşullarına sokan söz konusu yazar, deneylerine dayanarak aşağıdaki ana sonuçları çıkardı:
1. Karbonhidratlar (lif, hemiselüloz, nişasta, sakaroz, glikoz ve levuloz) görünüşte hümik maddelerin oluşumunda yer almazlar.
2. Yağlar bu sentezde sadece en sınırlı yeri alır.
3. Organik asitler, zamklar, mantar da humus oluşturucu olarak sınıflandırılmamalıdır.
4. Toprak hümik maddelerinin ana "tedarikçileri" proteinler, tanenler, kabuk yapıcı maddeler (lignin) ve çeşitli polifenolik bileşiklerdir (hidrokinon, orsin, pirogallol, vb.).
5. Protein maddeleri, hümifikasyon yolunda öncelikle hidrolitik bozunmaya uğrarlar; bu hidrolizin ürünlerinin daha fazla oksidasyonu ve yoğunlaşması meydana gelir. Proteinlerin hidrolitik ayrışma ürünlerinden, pirol ve benzen bileşikleri hümik maddeler oluşturur ve ikincisinden - esas olarak bir fenolik grup içerir, örneğin: indol, skatol, prolin, triptofan, fenilalanin, tirozin, vb. renk ürünleri oksikinonların karakteri ile.
6. Ligninin (kabuklaştırıcı maddeler) humifikasyonu, içerdiği fenolik ve kinon gruplarından kaynaklanmaktadır. Çeşitli sıkıştırılmış ürünler elde edilir - yine oksikinonların karakteri ile.
7. Tanenlerin - bu maddelerin hidrolizinden kaynaklanan gallik asit yoluyla hummifikasyonu, yine oksikinonların karakteri ile sıkıştırılmış ürünlerin oluşumuna gider; ayrıca tannomelanik asit, pirogallol, purpurogallin vb. elde edilir.
8. Bitki artıklarının bir parçası olan polifenolik bileşiklerin nemlendirilmesi sırasında yaklaşık olarak aynı ürünler elde edilir.
Yukarıdaki tüm organik bileşiklerin humifikasyonu, hem biyolojik hem de kimyasal faktörlerin çok çeşitli etkisi altında toprakta meydana gelir.
Tüm humifikasyon işlemlerini tek bir genel şema altında toplayarak, bu işlemlerin ilk aşamasının çeşitli karbon bileşiklerinin hidrolitik ayrışması, yani karmaşık bir karbon zincirinin daha basit parçalara ayrışması olduğunu söyleyebiliriz.
Hümik maddelerin oluşumundaki ikinci aşama, şiddetli su kaybı ve iç sıkıştırma fenomeninde ifade edilir.
A. Trusov, gördüğümüz gibi, sadece çizildi genel şema ilgilendiğimiz süreçler. Son zamanlarda, toprak hümik maddelerini çalışmanın sentetik (genetik) yolu, Amerikalı araştırmacı Waksman tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ölü bitki ve hayvan kalıntılarını oluşturan çeşitli organik bileşiklerin, mikropların yıkıcı etkisine ve kimyasal hareketlilik ve reaktivite derecelerine karşı değişen derecelerde direnç gösterdiği ve sonuç olarak, çeşitli derecelerde olası katılımlarının sentezine dayalı olduğu düşüncesine dayanarak. bu nispeten kararlı kompleks Toprak humusu nedir, uygun bir teknik geliştiren Waksman, bitki maddesinde bulunan tüm organik bileşikleri bazı ortak özelliklerle birleştirilen bir dizi fraksiyona böler.
1. Bir veya daha fazla bitki maddesi (turba vb.) öncelikle eter ile ekstraksiyona tabi tutulursa, çözeltiye geçerler; esansiyel ve yağlı yağlar, mumsu ve reçineli maddelerin bir kısmı, vb. Bu bileşikler grubu, mikroorganizmaların ayrıştırıcı etkisine karşı büyük bir dirence sahip olarak karakterize edilmelidir ve bu nedenle, bu nispeten güçlü kompleksin oluşumunda yer alabilirler. , ki bu toprak humusudur.
2. Kalıntı üzerinde hareket ederek, onu eter, su (önce soğuk, sonra sıcak) ile işlemden geçirdikten sonra, çeşitli şekerlerin (glikoz, mannoz, pentoz, vb.), amino asitlerin, bazı çözünürlerin bir çözeltisine geçişe katkıda bulunuruz. proteinler, bazı organik asitler (tartarik, asetik, arabanik, malonik vb.), alkoller (mannitol vb.), belirli miktarda nişasta, tanenler vb. Tanenler hariç, bu maddeler grubu aksine, , mikroorganizmaların (bakteri ve mantarların) etkisi altında çok kolay parçalanabilir olarak karakterize edilebilir, bu nedenle toprakta hızla yok edildiğinden humus kompleksinin inşası için doğrudan bir kaynak olarak hizmet etmez.
3. Kaynayan "95 ° alkol ile analitin tortusu üzerinde daha fazla etki ederek, çözeltiye bazı reçineler ve mumlar, alkaloidler, klorofil ve diğer pigmentler, tanen, kolin, yüksek alkoller (inositol) vb. aktarırız. Tüm bu fraksiyon olmalıdır. Mikroorganizmaların bozunma etkisine karşı büyük bir stabiliteye ve dirence sahip olması ile karakterize edilir ve bu nedenle, hafifçe değiştirilmiş formda toprak humusunun bileşiminde mevcut olabilir.
4. Seyreltilmiş kaynar asitlerle (örneğin, %2 HCl) önceki işlemden kalan kalıntı üzerinde etki ederek, bu işlem sırasında hidrolize giren, yani basit hale geçen hemiselülozun (“sahte” lif) transferine katkıda bulunuyoruz. karbonhidratlar Hemiselülozlar, bilindiği gibi, hem heksozlar hem de pentozlar anhidritlerdir (ikincisinin türevleri, sözde pentozanlar bitki gövdesinde çok yaygındır).
Önceki işlemden kalan tortuyu konsantre asitlerle (%80 H2SO4 ve %42 HCl) işleyerek selülozu (“gerçek” lif) - bir kompleks glikoz anhidriti bir çözeltiye aktarırız.
Hem selüloz hem de hemiselüloz, bitki artıklarının kuru maddesinin ana bileşenlerinden biridir.
Kimyasal bakış açısından, bahsedilen her iki organik bileşik grubu da bu nedenle çok güçlü ve kararlı bileşikler olarak karakterize edilmekle birlikte, yine de hidrolize edici enzimler salgılayan özel mikroorganizmaların aktivitesinin etkisi altında, oldukça hızlı ve tam bir ayrışmaya uğrarlar. toprak humusundaki varlıklarını çok şüpheli kılan toprak.
5. Önceki tüm işlemlerin geri kalanı bize lignini (gerekli bir parçası olan kabuk yapıcı maddeler) belirleme fırsatı verir. hücre duvarları bitkiler). Ligninin kimyasal yapısı belirsizdir. Bu, yukarıda bahsedilen %80 H2SO4 ve %42 HCl gibi konsantre asitlerin etkisi altında bile hidrolize uygun olmayan çeşitli bileşiklerin bir kompleksini içeren ortak bir kavramdır. Mikropların yıkıcı etkisine karşı büyük direnci, onu toprak humusunun olağan bileşenlerinden biri olarak görme hakkını verir.
6. Azot içeren bileşikler grubu yalnızca önemli rol bitki ve hayvanların yaşamında, hücre plazmasının ayrılmaz bir parçası olarak girer. Bu grup, özelliklerinde çok sayıda ve çeşitlidir. Bu bileşiklerin bazıları suda çözünür (yukarıya bakın: çözünür proteinler, amino asitler, vb.); diğer kısım ise kaynayan seyreltik asitlere (aslında proteinler) maruz kaldığında kolayca hidrolize olur ve daha sonra suda çözünür bileşikler verir; üçüncü kısım sadece konsantre asitlere vb. maruz kaldığında hidrolize edilir.
Bu açıdan, azotlu organik bileşikler grubu, bireysel temsilcilerinin stabilite derecesi ve ayrıştırılabilirliği ve sonuç olarak humus oluşumuna katılım derecesi açısından çok farklı olarak kabul edilmelidir. karmaşık.
Yukarıda bahsedilen çeşitli organik bileşiklere ek olarak, ölmekte olan bitki ve hayvanların vücudunun bileşiminde her zaman en çeşitli ve mineral (kül) maddelerin farklı miktarlarını gözlemleriz. Toprak oluşumu sürecinde yıpranmış bir kayanın çeşitli ufuklarına düşen tüm bu çeşitli bileşikler farklı bir kadere uğrar: bazıları mikropların mülkü haline gelir, hızla çöker ve ayrışır, diğerleri ile bir dizi karmaşık etkileşim fenomenine maruz kalırlar. sonuçlarından biri, humus adı verilen nispeten kararlı ve dayanıklı organomineral kompleksi olan toprağın mineral bileşenleri. Bu etkileşim fenomenleri karmaşık ve çeşitlidir: ayrıca yıpranmış kayayı oluşturan parçalar ile atmosferik çökeltme yoluyla sistematik olarak sızan organik kalıntıların çözünür bozunma ürünleri arasında tamamen kimyasal reaksiyonlar ve çeşitli proseslerden oluşan mikrobiyolojik olaylar vardır. organik bileşiklerin ayrışması ve bileşimlerinin basitleştirilmesi ve diğer yandan, yeni karmaşık organik maddelerin oluşumu ile beslenme sürecinde mikroorganizmaların vücudunda oluşan ürünlerin ters sentezi ve son olarak, bunlarla ilişkili fizikokimyasal fenomenler. etkileşen maddelerin kolloidal durumu ve toprakta özel "adsorpsiyon bileşiklerinin" oluşumuna yol açar.
Bitki kalıntılarını oluşturan tüm organik bileşikler içinde lignin, mikropların parçalayıcı etkisine karşı en büyük dirence sahiptir; Öte yandan, bu kalıntıların ayrışma sürecinde protein (ve diğer azotlu) komplekslerin birikmesinin meydana geldiğini ve ayrıca yazar tarafından analiz edilen tüm topraklarda şimdi bahsedilen maddelerin sorumlu olduğunu belirterek, bu toprakların toplam organik maddesinin %80'ine, vb., - Waksman, toprak humusunun temel ve karmaşık bir kompleksten oluştuğu varsayımını yapar - çekirdek, esas olarak lignin ve protein fraksiyonlarını içerir ve bunlar ile yakın kimyasal kombinasyon halindedir. herbiri.
Bu ana çekirdeğe, bitki ve hayvan kalıntılarının ayrışmasından kalan veya mikroorganizmaların hayati aktivitesi nedeniyle sentezlenen bir dizi başka madde eşlik eder.
Toprak humusunun bu ikincil bileşenleri arasında bazı yağlar ve mumlar, hemiselülozlar, yüksek alkoller, organik asitler vb. bulunur. Yukarıda bahsedilen, Waksman tarafından analiz edilen topraklarda, organik madde aslında suda çözünmeyen karbonhidratların (selüloz, hemiselüloz) sadece yaklaşık %16'sını içerir. , vb.) ) ve eter ve alkolde çözünen maddelerin sadece% 2.5-3'ü, protein ve lignin miktarı ise bu toprakların toplam organik maddesinin% 80'ini oluşturuyordu.
Toprağa bitki ve hayvan kalıntıları ile giren ve ayrıca mikrobiyal aktiviteyi sentezleme sürecinde oluşan protein fraksiyonunun kendi yolunda değişebileceği dikkate alındığında. kimyasal bileşim ve lignin grubunun aynı zamanda birbirinden önemli ölçüde farklılık gösteren bir bileşikler kompleksi olabileceği, farklı koşullar altında oluşturulan ve geliştirilen farklı topraklarda lignin-protein çekirdeğinin iç yapısının kendi aralarında önemli ölçüde değişebileceği açıktır.
Waksman, bu lignin-protein kompleksini laboratuvar ortamında yapay olarak sentezleyebildi. İkincisi, özelliklerinin toplam toplamı açısından, bireysel bileşenlerinin - lignin ve protein - özelliklerinden keskin bir şekilde farklı olduğu ve aynı zamanda genel olarak sahip olduğumuz tüm kimyasal, fiziko-kimyasal ve biyolojik özellikleri kazandığı ortaya çıktı. humusun özelliklerini (veya daha doğrusu, humik asit olarak adlandırılan kısmı için) düşünün: alkalilerde çözünürlük ve ardından asitlerle çökelme, koyu renk, mikropların ayrıştırıcı etkisine direnç (genellikle kolayca duyarlı olan protein maddeleri). mikroorganizmaların ayrıştırıcı etkisi, lignin ile etkileşimlerinin bir sonucu olarak, ortaya çıktığı gibi, daha fazla stabilite elde eder).
Waksman ayrıca çeşitli bazlarla (Ca, Mg, Fe, Al) "ligno-protein" kompleksinin yapay bileşiklerini, ayrıca, genellikle çeşitli hümik asit tuzlarını elde etmek için kullanılanlara benzer yöntemlerle elde edebildi; Bu araştırmalar, eğer daha fazla geliştirilirse, organik çekirdek ile toprak humusunun kül elementleri arasında var olan bağlantı bilgisine biraz açıklık getirebilir. Diğer şeylerin yanı sıra, lignin-protein kompleksinin sahip olduğu bulundu.
Kendimizi en başından katı bir çerçeveye sokmayacağız ve terimi mümkün olduğunca basit bir şekilde tanımlamayacağız: organik maddelerin (organik maddeler; bunlar örneğin proteinler, yağlar ve karbonhidratlardır) oksidasyon süreci, aşağıdakilerle sonuçlanan bir reaksiyondur. oksijen (O2) hacminde bir artış ve hidrojen (H2) hacminde bir azalma.
Organik maddeler (C) içeren çeşitli kimyasal bileşiklerdir. İstisnalar karbonik asit (H2CO3), karbürler (örn. carborundum SiC, sementit Fe3C), karbonatlar (örn. kalsit CaCO3, manyezit MgCO3), karbon oksitleri, siyanürler (KCN, AgCN gibi). Organik madde, su H2O ve karbondioksit CO2 oluşturmak için en iyi bilinen oksidan oksijen O2 ile reaksiyona girer.
Organik maddelerin oksidasyon süreci
Mantıklı düşünürsek, o zaman tam oksidasyon süreci yanma olduğu için, o zaman eksik oksidasyon süreci organik maddenin oksidasyonudur, çünkü böyle bir etki ile madde tutuşmaz, sadece onu ısıtır (salımıyla birlikte) ATP - adenosin trifosfat - ve ısı Q şeklinde belirli bir miktarda enerji ).
Organik oksidasyon reaksiyonu çok karmaşık değildir, bu nedenle kimya dersinin başında analiz etmeye başlarlar ve öğrenciler, elbette en azından biraz çaba harcarlarsa bilgiyi hızla özümserler. Bu sürecin ne olduğunu zaten öğrendik ve şimdi konunun özüne inmemiz gerekiyor. Peki, reaksiyon nasıl ilerler ve nedir?
Organik maddenin oksidasyonu, bir tür geçiş, bir bileşik sınıfının diğerine dönüşümüdür. Örneğin, tüm süreç, doymuş bir hidrokarbonun oksidasyonu ve doymamış bir hidrokarbona dönüştürülmesi ile başlar, daha sonra ortaya çıkan madde, alkol oluşturmak üzere oksitlenir; alkol sırayla aldehit oluşturur, karboksilik asit aldehitten "akar". Tüm prosedürün bir sonucu olarak, karbondioksit (denklemi yazarken ilgili oku koymayı unutmayın) ve su elde ederiz.
Bu bir redoks reaksiyonudur ve çoğu durumda organik madde indirgeyici özellikler sergiler ve kendini oksitler. İlgili her elementin kendi sınıflandırması vardır - ya bir indirgeyici ajan ya da bir oksitleyici ajandır ve OVR sonucuna göre bir isim veriyoruz.
Organik maddelerin oksitlenme yeteneği
Artık elektronları alan ve negatif yüklü bir oksitleyici ajanın ve elektron veren ve pozitif yüklü bir indirgeyici ajanın ORR (yükseltgenme-indirgenme reaksiyonu) sürecinde yer aldığını biliyoruz. Ancak düşündüğümüz sürece her madde giremez. Anlamayı kolaylaştırmak için noktalara bakalım.
Bileşikler oksitlenmez:
- Alkanlar - farklı olarak adlandırılan parafinler veya doymuş hidrokarbonlar (örneğin, CH4 formülüne sahip metan);
- Arenler aromatik organik bileşiklerdir. Bunların arasında benzen oksitlenmez (teoride bu reaksiyon gerçekleştirilebilir, ancak birkaç uzun adımdan sonra; benzen kendi başına oksitlenemez);
- Üçüncül alkoller, hidrokso grubu OH'nin bir üçüncül karbon atomuna bağlı olduğu alkollerdir;
- Fenol, karbolik asit için başka bir isimdir ve kimyada C6H5OH olarak yazılır.
Oksidasyon yapabilen organik maddelere örnekler:
- alkenler;
- Alkinler (sonuç olarak, bir aldehit, karboksilik asit veya keton oluşumunu takip edeceğiz);
- Alkadienler (polihidrik alkoller veya asitler oluşur);
- Sikloalkanlar (bir katalizör varlığında bir dikarboksilik asit oluşur);
- Arenler (benzene benzer bir yapıya sahip olan herhangi bir madde, yani homologları benzoik aside oksitlenebilir);
- Birincil, ikincil alkoller;
- Aldehitler (karbonları oksitleme yeteneğine sahiptir);
- Aminler (oksidasyon sırasında, nitro grubu NO2 olan bir veya daha fazla bileşik oluşur).
Bitki, hayvan ve insan organizmalarının hücrelerindeki organik maddelerin oksidasyonu
Bu en çok önemli soru sadece kimya ile ilgilenen insanlar için değil. Doğadaki çeşitli süreçler, dünyadaki herhangi bir maddenin değeri ve hatta kendisi hakkında - bir kişi hakkında doğru bir fikir oluşturmak için herkesin bu tür bilgilere sahip olması gerekir.
Okul biyoloji derslerinden, muhtemelen organik maddenin oksidasyonunun önemli bir rol oynadığını biliyorsunuzdur. biyolojik rol insan vücudunda. Redoks reaksiyonlarının bir sonucu olarak, BJU'nun (proteinler, yağlar, karbonhidratlar) bölünmesi meydana gelir: hücrelerde ısı, ATP ve diğer enerji taşıyıcıları salınır ve vücudumuza her zaman eylemleri ve normal işleyişini gerçekleştirmek için yeterli bir kaynak sağlanır. Organ sistemleri.
Bu sürecin akışı, yalnızca bir kişinin değil, aynı zamanda diğer sıcak kanlı hayvanların vücudunda sabit bir vücut sıcaklığının korunmasına yardımcı olur ve ayrıca iç ortamın (buna homeostaz denir), metabolizmanın sabitliğini düzenlemeye yardımcı olur, hücre organellerinin, organlarının kaliteli çalışmasını sağlar ve ayrıca daha birçok gerekli işlevi yerine getirir.
Fotosentez sırasında bitkiler zararlı karbondioksiti emer ve solunum için gerekli olan oksijeni üretir.
Organik maddelerin biyolojik oksidasyonu, yalnızca çeşitli elektron taşıyıcıları ve enzimlerin kullanımıyla devam edebilir (onlar olmadan, bu işlem inanılmaz derecede uzun zaman alacaktır).
Organik oksidasyonun endüstrideki rolü
Organik oksidasyonun endüstrideki rolü hakkında konuşursak, bu fenomen sentezde, asetik asit bakterilerinin çalışmasında (tamamlanmamış organik oksidasyon ile bir dizi yeni madde oluştururlar) ve bazı durumlarda organiklerle kullanılır. , patlayıcı maddelerin üretimi de mümkündür.
Organik kimyada denklem yazma ilkeleri
Kimyada, bir denklem kurmadan yapamazsınız - bu, uyruktan bağımsız olarak gezegenin tüm bilim adamlarının konuşabileceği ve birbirlerini anlayabileceği bu bilimin bir tür dilidir.
Bununla birlikte, en büyük zorluklar, organik kimya çalışması yapılacağı zaman denklemlerin derlenmesinden kaynaklanmaktadır.
Bu konuyu sökmek için çok uzun bir süre gereklidir, bu nedenle, burada bazı açıklamalarla bir denklem zincirini çözmek için yalnızca kısa bir eylem algoritması seçilmiştir:
- İlk olarak, hemen kaç reaksiyonun gerçekleştiğine bakarız. bu süreç, onları numaralandırıyoruz. Ayrıca başlangıç maddelerinin sınıflarını, adlarını ve sonunda oluşan maddeleri de belirliyoruz;
- İkinci olarak, tüm denklemleri tek tek yazmak ve reaksiyonlarının türünü (bileşik, ayrışma, değişim, ikame) ve koşullarını bulmak gerekir.
- Bundan sonra elektronik teraziler oluşturabilir ve katsayıları ayarlamayı da unutmayın.
Organik maddelerin oksidasyon reaksiyonları ve nihai oluşum ürünleri
Benzen oksidasyonu
En agresif koşullar altında bile benzen oksidasyona uğramaz. Bununla birlikte, benzen homologları, bir potasyum permanganat çözeltisinin etkisi altında oksitlenebilir. tarafsız ortam potasyum benzoat oluşumu için.
Nötr ortam asidik olarak değiştirilirse, benzen homologları potasyum permanganat veya son benzoik asit oluşumu ile dikromat ile oksitlenebilir.
Benzoik asidin formül oluşumu
alken oksidasyonu
Alkenlerin inorganik oksitleyici ajanlarla oksidasyonunda, son ürünler dihidrik alkoller - glikojenler olarak adlandırılır. Bu reaksiyonlardaki indirgeyici ajanlar karbon atomlarıdır.
Buna iyi bir örnek, zayıf bir alkali ortam ile bağlantılı olarak bir potasyum permanganat çözeltisinin kimyasal reaksiyonudur.
Agresif oksidasyon koşulları karbon zincirinin parçalanmasına neden olur çift bağ iki asit şeklinde nihai oluşum ürünleri ile. Ayrıca, alkali içeriği yüksek olan ortam iki tuz oluşturursa. Ayrıca, karbon zincirinin parçalanmasından kaynaklanan ürünler asit ve karbon dioksit oluşturabilir, ancak güçlü bir alkali ortam koşullarında, karbonat tuzları oksidatif reaksiyonun ürünleri olarak işlev görür.
Alkenler, potasyum dikromatın asidik ortamına daldırıldıklarında, ilk iki örnekte gösterildiği gibi benzer şekilde oksitlenebilirler.
alkin oksidasyonu
Alkenlerin aksine, alkinler daha agresif bir ortamda oksitlenir. Karbon zincirinin yıkımı üçlü bağda gerçekleşir. Alkenlerle ortak bir özellik, karbon atomlarıyla temsil edilen indirgeyici ajanlarıdır.
Çıkış reaksiyon ürünleri karbon dioksit ve asitlerdir. Asidik bir ortama yerleştirilen potasyum permanganat oksitleyici bir madde olacaktır.
Potasyum permanganat ile nötr bir ortama daldırıldığında asetilenin oksidasyon ürünleri potasyum oksalattır.
Nötr bir ortam asidik olana değiştirildiğinde, oksidasyon reaksiyonu karbon dioksit veya oksalik asit oluşumuna ilerler.
aldehitlerin oksidasyonu
Aldehitler, güçlü indirgeyici ajanlar olma özelliklerinden dolayı kolayca oksitlenirler. Aldehitler için oksitleyici ajanlar olarak, önceki versiyonlarda olduğu gibi potasyum dikromatlı potasyum permanganat ve ayrıca ağırlıklı olarak aldehitlerin karakteristiği olan bir gümüş hidroksit diamin - OH ve bakır hidroksit - Cu (OH) 2 çözeltisi ayırt edilebilir. Aldehitlerin oksidasyon reaksiyonunun meydana gelmesi için önemli bir koşul, sıcaklığın etkisidir.
Videoda bakır hidroksit ile reaksiyonda aldehitlerin varlığının nasıl belirlendiğini görebilirsiniz.
Aldehitler, gümüş hidroksit diaminin etkisi altında, amonyum tuzlarının salınımı ile bir çözelti şeklinde karboksilik asitlere oksitlenebilir. Bu reaksiyona "gümüş ayna" denir.
Ayrıca video, "gümüş ayna" olarak adlandırılan ilginç bir reaksiyon gösteriyor. Bu deneyim, aynı zamanda bir aldehit olan glikozun bir gümüş amonyak çözeltisi ile etkileşiminde gerçekleşir.
alkol oksidasyonu
Alkollerin oksidasyon ürünü, alkolün OH grubunun bağlı olduğu karbon atomunun tipine bağlıdır. Grup bir birincil karbon atomu ile bağlıysa, oksidasyon ürünü aldehitler olacaktır. Bir alkolün OH grubu ikincil bir karbon atomuna bağlıysa, oksidasyon ürünü ketonlardır.
Alkollerin oksidasyonu sırasında oluşan aldehitler daha sonra asit oluşturmak üzere oksitlenebilir. Bu, aldehitin kaynatılması sırasında asit ortamında potasyum dikromat ile birincil alkollerin oksitlenmesiyle elde edilir, bu da buharlaşma sırasında oksitlenmek için zamana sahip değildir.
Potasyum permanganat (KMnO4) ve potasyum dikromat (K2Cr2O7) gibi oksitleyici maddelerin aşırı mevcudiyeti durumunda, hemen hemen her koşulda, birincil alkoller karboksilik asitlerin salınmasıyla oksitlenebilir ve ketonlar da ikincil alkollere dönüştürülebilir. , oluşum ürünleri ile reaksiyon örnekleri aşağıda ele alınacaktır.
Ortama bağlı olarak etilen glikol veya sözde dihidrik alkol, oksalik asit veya potasyum oksalat gibi ürünlere oksitlenebilir. Etilen glikol, asit ilavesiyle bir potasyum permanganat çözeltisi içindeyse, oksalik asit oluşur, dihidrik alkol aynı potasyum permanganat veya potasyum dikromat çözeltisi içindeyse, ancak nötr bir ortamdaysa, potasyum oksalat oluşur. Gelin bu tepkilere bir göz atalım.
İlk başta anlaşılması gereken her şeyi öğrendik ve hatta denklemleri çözme ve derleme gibi zor bir konuyu analiz etmeye başladık. Sonuç olarak, sadece dengeli uygulamanın ve sık çalışmaların, kapsanan materyali hızlı bir şekilde pekiştirmeye ve sorunların nasıl çözüleceğini öğrenmeye yardımcı olacağını söyleyebiliriz.
Yeryüzündeki birincil üretim, güneş enerjisinin etkisi altında yeşil bitkilerin hücrelerinde ve ayrıca kimyasal reaksiyonlar nedeniyle bazı bakteriler tarafından oluşturulur.
Fotosentez, fotosentetik pigmentlerin (bitkilerde klorofil, bakterilerde bakteriyoklorofil ve bakteriorhodopsin) katılımıyla ışıkta karbondioksit ve sudan organik maddelerin oluşum sürecidir.
Asimile edilmiş foton enerjisi bağ enerjisine dönüştürülür kimyasal maddeler Bu işlemler sırasında sentezlenir.
Fotosentezin temel reaksiyonu aşağıdaki gibi yazılabilir:
burada H2X - elektronların "vericisi"; H hidrojendir; X - oksijen, kükürt veya diğer indirgeyici maddeler (örneğin, sülfobakteriler indirgeyici madde olarak H2S kullanır, diğer bakteri türleri organik bir madde kullanır ve klorofil asimilasyonunu gerçekleştiren çoğu yeşil bitki oksijen kullanır).
Fotosentez türleri:
1. Klorofilik fotosentez.
2. Klorofilik fotosentez
a). oksijensiz fotosentez. Moleküler oksijen sentezinin olmadığı ışıkta organik maddelerin oluşum süreci. Mor ve yeşil bakterilerin yanı sıra helikobakteriler tarafından gerçekleştirilir.
b). oksijenli serbest oksijen salınımı ile fotosentez. Oksijenik fotosentez çok daha yaygındır. Bitkiler, siyanobakteriler ve proklorofitler tarafından gerçekleştirilir.
Bitkiler tarafından gerçekleştirilen fotosentezin temel reaksiyonu aşağıdaki gibi yazılabilir:
Fotosentezin aşamaları (aşamaları):
fotofiziksel;
· fotokimyasal;
kimyasal (veya biyokimyasal).
İlk aşamada, ışık kuantumlarının pigmentler tarafından emilmesi, uyarılmış bir duruma geçişleri ve enerjinin fotosistemin diğer moleküllerine aktarılması.
İkinci aşamada, reaksiyon merkezindeki yüklerin ayrılması, elektronların fotosentetik elektron taşıma zinciri boyunca transferi vardır. Uyarılmış durumun enerjisinin kimyasal bağların enerjisine geçişi vardır. ATP ve NADPH sentezlenir.
Üçüncü aşamada, organik maddelerin sentezinin biyokimyasal reaksiyonları, şeker ve nişasta oluşumu ile ışığa bağımlı aşamada biriken enerjiyi kullanarak ilerler. Biyokimyasal fazın reaksiyonları, enzimlerin katılımıyla gerçekleşir ve sıcaklıkla uyarılır, bu nedenle bu faza termokimyasal faz denir.
İlk iki aşamaya birlikte fotosentezin ışığa bağımlı aşaması denir - ışık. Üçüncü aşama, zaten açık - karanlığın zorunlu katılımı olmadan gerçekleşir.
Güneş enerjisi fotosentez sürecinde kullanılır ve fotosentez ürünlerinde kimyasal bağlar şeklinde birikir ve daha sonra diğer tüm canlı organizmalara besin olarak aktarılır. Yeşil bitkilerin fotosentetik aktivitesi, gezegene organik madde ve içinde biriken güneş enerjisi sağlar - bir köken kaynağı ve Dünya'daki yaşamın gelişiminde bir faktör.
Tüm ışınların arasında Güneş ışığı genellikle fotosentez sürecini etkileyen, seyrini hızlandıran veya yavaşlatan ışınlar yayarlar. Bu ışınlar denir fizyolojik olarak aktif radyasyon(Kısaltılmış FAR). PAR'lar arasında en aktif olanları turuncu-kırmızı (0,65...0,68 µm), mavi-mor (0,40...0,50 µm) ve yakın morötesidir (0,38...0,40 µm). Sarı-yeşil (0.50 ... 0.58 mikron) ışınlar daha az emilir ve kızılötesi ışınlar pratik olarak emilmez. Bitkilerin ısı alışverişinde sadece uzak kızılötesi ışınlar yer alır ve özellikle düşük sıcaklıklara sahip yerlerde bazı olumlu etkileri vardır.
Organik madde sentezi, güneş ışığı olan veya olmayan bakteriler tarafından gerçekleştirilebilir. Ototrofinin gelişiminde ilk aşama olan bakterilerin fotosentezi olduğuna inanılmaktadır.
Organik madde oluşturmak için kükürt bileşiklerinin ve diğer elementlerin oksidasyonu ile ilişkili süreçleri kullanan bakteriler, kemosentetik.