Утворення органічних сполук. Утворення органічних речовин.
Як відомо, всі речовини можуть бути поділені на дві великі категорії – мінеральні та органічні. Можна навести велику кількість прикладів неорганічних, або мінеральних речовин: сіль, сода, калій. Але які типи з'єднань потрапляють до другої категорії? Органічні речовини представлені у будь-якому живому організмі.
Білки
Найважливішим прикладом органічних речовинє білки. До їх складу входить азот, водень та кисень. Крім них, іноді в деяких білках можна знайти атоми сірки.
Білки є одними з найважливіших органічних сполук, і вони найчастіше зустрічаються у природі. На відміну з інших сполук, білкам властиві деякі характерні риси. Головна їхня властивість - це величезна молекулярна маса. Наприклад, молекулярна вага атома спирту становить 46, бензолу - 78, а гемоглобіну - 152 000. У порівнянні з молекулами інших речовин, білки є справжніми велетнями, що містять у собі тисячі атомів. Іноді біологи називають їх макромолекулами.
Білки є найскладнішими з усіх органічних будов. Вони належать до класу полімерів. Якщо розглянути молекулу полімеру під мікроскопом, то можна побачити, що вона є ланцюгом, що складається з більш простих структур. Вони звуться мономерів і повторюються в полімерах безліч разів.
Крім білків, існує велика кількість полімерів - каучук, целюлоза, а також звичайний крохмаль. Також чимало полімерів створено і руками людини – капрон, лавсан, поліетилен.
Освіта білка
Як утворюються білки? Вони є прикладом органічних речовин, склад яких у живих організмах визначається генетичним кодом. При їх синтезі у переважній більшості випадків використовуються різні комбінації.
Також нові амінокислоти можуть утворюватися вже, коли білок починає функціонувати в клітині. При цьому в ньому зустрічаються лише альфа-амінокислоти. Первинна структура описуваної речовини визначається послідовністю залишків амінокислотних сполук. І в більшості випадків поліпептидний ланцюг при утворенні білка закручується в спіраль, витки якої розташовуються тісно один до одного. Внаслідок утворення водневих сполук вона має досить міцну структуру.
Жири
Іншим прикладом органічних речовин можуть бути жири. Людині відомо чимало видів жирів: вершкове масло, яловичий і риб'ячий жир, олії. У великих кількостях жири утворюються у насінні рослин. Якщо очищене насіння соняшника покласти на аркуш паперу і придавити, то на аркуші залишиться масляниста пляма.
Вуглеводи
Не менш важливими у живій природі є вуглеводи. Вони містяться у всіх органах рослин. До класу вуглеводів належить цукор, крохмаль, і навіть клітковина. Багаті на них бульби картоплі, плоди банана. Дуже легко виявити крохмаль у картоплі. При реакції з йодом цей вуглевод забарвлюється в синій колір. У цьому можна переконатися, якщо капнути на зріз картоплини трохи йоду.
Також нескладно виявити і цукри - вони всі мають солодкий смак. Багато вуглеводів цього класу міститься у плодах винограду, кавунів, дині, яблуні. Вони є прикладами органічних речовин, які також виробляються в штучних умовах. Наприклад, із цукрової тростини видобувається цукор.
А як утворюються вуглеводи у природі? Самим простим прикладомє процес фотосинтезу. Вуглеводи є органічні речовини, в яких міститься ланцюг з декількох вуглецевих атомів. Також до їх складу входить кілька гідроксильних груп. У процесі фотосинтезу цукор неорганічних речовинутворюється з оксиду вуглецю та сірки.
Клітковина
Ще одним прикладом органічних речовин є клітковина. Найбільше її міститься в насінні бавовни, а також стеблах рослин та його листі. Клітковина складається з лінійних полімерів, її молекулярна маса становить від 500 тисяч до 2 млн.
У чистому вигляді вона є речовиною, у якої відсутній запах, смак і колір. Застосовується воно під час виготовлення фотоплівки, целофану, вибухівки. В організмі людини клітковина не засвоюється, проте є необхідною частиною раціону, оскільки стимулює роботу шлунка та кишечника.
Речовини органічні та неорганічні
Можна навести чимало прикладів утворення органічних і інших завжди походять з мінералів - неживих які утворюються в глибинах землі. Вони входять до складу різних гірських порід.
У природних умовах неорганічні речовини утворюються у процесі руйнації мінералів чи органічних речовин. З іншого боку, з мінералів постійно утворюються органічні речовини. Наприклад, рослини поглинають воду з розчиненими у ній сполуками, які надалі переходять із однієї категорії до іншої. Живі організми використовують для харчування переважно органічні речовини.
Причини різноманітності
Нерідко школярам чи студентам потрібно відповісти на питання про те, у чому полягають причини різноманіття органічних речовин. Головний чинник у тому, що атоми вуглецю з'єднуються між собою з допомогою двох типів зв'язків - простих і кратних. Також вони можуть утворювати ланцюги. Ще однією причиною є різноманітність різних хімічних елементів, що входять до органічних речовин. Крім того, різноманіття обумовлено і алотропією - явищем існування одного й того самого елемента в різних сполуках.
А як утворюються неорганічні речовини? Природні та синтетичні органічні речовини та їх приклади вивчаються як у старших класах школи, так і у профільованих вищих навчальних закладах. Утворення неорганічних речовин - це складний процес, як освіту білків чи вуглеводів. Наприклад, соду з давніх-давен люди видобували з содових озер. У 1791 році вчений-хімік Ніколя Леблан запропонував синтезувати її в лабораторних умовах із використанням крейди, солі, а також сірчаної кислоти. Колись усім звична сьогодні сода була досить недешевим продуктом. Для проведення досвіду було необхідно прожарити кухонну сіль разом з кислотою, а потім сульфат, що утворився, прожарити разом з вапняком і деревним вугіллям.
Іншим є марганцівка або перманганат калію. Цю речовину одержують у промислових умовах. Процес утворення полягає в електролізі розчину гідроксиду калію та марганцевого анода. При цьому анод поступово розчиняється з утворенням розчину фіолетового кольору - це і є відома всім марганцівка.
Рослинні і тваринні залишки, що накопичуються на поверхні гірської породи, що вивітрюється, і в більш-менш верхніх її горизонтах, можуть нами спостерігатися в найрізноманітніших стадіях розкладання або 1) у вигляді мало розкладених залишків, що накопичуються з часом у формі різних «повстяків» (у лісах - «лісова повсть», в степах - «степовий»), що характеризуються настільки малою розкладеністю входять до їх складу компонентів, що ми легко можемо розрізняти окремі частини рослин або тварин; або 2) у вигляді більш-менш вже втратили свою початкову форму та вид частин рослин (та тварин); вони видаються тоді у вигляді окремих уривків, по-різному деформованих, побурілих, мають ніжну, розсипчасту консистенцію і структуру. Але і в цій стадії розкладання ми можемо відокремити їх від мінеральних частинок породи шляхом різних механічних прийомів - відмучування їх, як більш питомо легень, у воді, іноді відбором їх пінцетом і т. д.; нарешті, 3) у подальшій стадії свого розкладання описувані залишки зовсім втрачають свої первісні властивості входять у настільки тісне хімічне з'єднання з мінеральною субстанцією породи, що вже невіддільні від останньої будь-якими механічними прийомами.
Ця стадія розкладання характеризується як би повним засвоєнням продуктів, що утворилися мінеральною основою породи; відторгнути ці продукти від мінеральної частини ми можемо лише застосуванням енергійних хімічних прийомів або руйнуванням цих продуктів (спалюванням).
Результатом такого тісного хімічного з'єднання продуктів розкладання рослинних і тваринних залишків з мінеральною частиною породи, що вивітрюється, є комплекс особливих, так званих «органо-мінеральних» сполук, що накопичуються в грунті в тій чи іншій кількості, що відрізняються порівняльною стійкістю і міцністю свого складу і надають грунту більш або менш темне забарвлення. Ця група продуктів, що є хіба що невід'ємною частиною грунту, нею «засвоєної» і хімічно пов'язаної, зветься грунтового гумусу (перегною).
Зі сказаного вище з очевидністю випливає, що не всяка органічна сполука, яка може зустрічатися в ґрунті, повинна відноситися до категорії гумусових, або перегнійних, сполук ґрунту. Так, «вільні» вуглеводи, жири та ін., що можуть утворитися в ґрунті в результаті розкладання рослинних і тваринних залишків, не являють собою того органомінерального новоутворення, яке ми називаємо гумусом. Завдяки рясній мікрофлорі, що є в ґрунтах, і завдяки різноманітним присутнім у ґрунтах ферментам згадані органічні сполуки зазвичай піддаються настільки швидким і легким перетворенням, що можуть бути названі, в буквальному значенні слова, з'єднаннями швидкоплинними і минущими. Справді, безпосередній аналіз зазвичай показує надзвичайно непостійну і мінливу кількість їх в одному й тому ж ґрунті - протягом часто навіть дуже короткого проміжку часу. З'єднання ці в результаті складних реакцій взаємодії з мінеральною субстанцією грунту в подальшій долі можуть, звичайно, стати невід'ємною складовоюґрунтового перегною, але можуть, не знайшовши для цього відповідних фізико-хімічних умов, і не увійти до складу новоутворюючого органо-мінерального комплексу та залишитися «вільними», не будучи компонентами гумусу.
Що стосується тих мінеральних сполук, які завжди входять до складу рослинних та тваринних залишків, то при розкладанні останніх ці сполуки осягає також двояка доля: частина з них звільняється від тієї міцної та складного зв'язку, в якій вони перебували за життя того чи іншого організму з органічними сполуками останнього, і випадає в поверхневих горизонтах ґрунту у вигляді тих чи інших «чистих» мінеральних утворень (відбувається, як кажуть, «повна мінералізація органічних залишків»); інша ж частина також бере безпосередню участь у синтезі та побудові того органо-мінерального комплексу, про який у нас зараз йдеться.
Таким чином, не всі мінеральні складові ґрунту і не всі органічні його сполуки є складовими частинами гумусового її комплексу.
З категорії гумусових речовин ґрунту ми повинні виключити також і ті, хоча б і сильно деформовані, залишки рослин, що розкладаються, і тварин, які ми можемо відокремити від ґрунтової маси механічними прийомами (залишки кореневої системи, уривки листочків, залишки хітинових покривів комах тощо). ).
Таким чином, ми розмежовуємо поняття «органічної складової частини» ґрунту від її «гумусової частини». Друге поняття є частиною першого. Розум це треба пам'ятати при всьому наступному нашому викладі.
Хімічна конституція - тозі складного, комплексу, який носить назву ґрунтового перегною, або гумусу, досі ще дуже слабо з'ясована, незважаючи на те, що вивчення цього об'єкта поч: [вісь ще дуже давно. Головною причиною такої невивченості є та обставина, що досі ще не розроблені надійні методи так чи інакше індивідуалізувати цей складний об'єкт, немає ще способів отримання його в кристалічному вигляді і т.д.
Останні роки ознаменувалися, однак, цілою низкою досліджень, які значно посунули вперед справу вивчення цього комплексу.
Між природою органічних сполук, що входять до складу всіх вищезгаданих категорій об'єктів у природній обстановці, ми спостерігаємо, звичайно, цілу низку поступових переходів, і як між первинними мінералами материнської породи і кінцевими продуктами їх розпаду, так і між незачепленими процесами розкладання рослинними (і тваринами ) Залишками та кінцевими фазами їх руйнування ми можемо спостерігати в кожному грунті цілий ряд найрізноманітніших проміжних утворень.
Якщо при початкових стадіях вивітрювання гірських порід і мінералів чільну роль відіграють елементи «неживої» природи, тобто елементи атмосфери і гідросфери, то в наступних стадіях розвитку цих процесів, коли ці породи набувають здатності забезпечувати життя рослинності, що оселяється на них, і у зв'язку з цим починають збагачуватися продуктами розкладання останньої, така роль переходить до елементів біосфери. Той факт, що в процесах розкладання органічних залишків, що відмирають, відіграють першочергову роль зокрема мікроорганізми, доведений був ще в 1862 р. геніальними дослідженнями Pasteur.
Численні досліди з метою з'ясування впливу розкладання органічних речовин високих температур і різних антисептичних засобів згодом остаточно встановили це положення. Необхідно, втім, відзначити, що деякі з цих дослідів показали, що при вищезгаданих умовах процеси розкладання не зовсім припинялися, а лише значно пригноблювалися, що і змушує припустити, що процеси ці, хоча і в дуже нікчемній мірі, все ж таки можуть іноді йти в силу чисто хімічної взаємодіїчастин матеріалу, що розкладається. У всякому разі останньої категорії явищ має бути відведена у процесах розкладання органічних речовин більш ніж скромна роль.
Якщо процеси розпаду органічних речовин у ґрунті - процеси головним чином біохімічні, то ясно, які різноманітні форми та напрямки можуть приймати ці процеси у ґрунті за природних умов залежно від того чи іншого припливу повітря, вологості ґрунту, температурних умов, хімічних та фізичних властивостейсередовища та ін.
Для того, щоб усвідомити, як далеко в кожному окремому випадку може йти розпад органічних залишків і на яких проміжних етапах цей розпад у кожному окремому випадку може затримуватися, розглянемо надалі значення в цих процесах кожного із згаданих вище факторів окремо, причому, не наводячи всієї наявної з цього питання численної літератури, обмежимося повідомленням лише кінцевих висновків, отриманих у цій галузі.
Вихідним пунктом для викладених тут досліджень є відоме положення, що виділення Вуглекислий газз органічної речовини, що розкладається, можна визнати мірою швидкості та енергії цього розкладання (Ноppе-Sеуlеr). Зважаючи, однак, на увагу, що в грунті, паралельно з процесами розпаду органічних речовин, часто йдуть під впливом життєдіяльності мікроорганізмів процеси зворотні - синтетичні - і, отже, кількість вуглекислоти, що виділяється, не завжди може служити мірилом саме розпаду органічної речовини, можна вдатися до іншого методу дослідження, а саме - безпосередньо до аналізу кількості речовин, що відщеплюються від розкладається, включених до його складу мінеральних сполук.
З найголовніших умов, що визначають швидкість і характер розкладання органічних речовин, ми зупинимося на вивченні впливу на ці процеси температури, ступеня зволоження, ступеня припливу повітря, хімічних властивостей середовища, а також характеру надходження до матеріалу вологи, що розкладається.
Вплив температури та зволоження. Найбільш ґрунтовні дослідження з цього питання були проведені Wollny.
Матеріал, що розкладається, поміщався в U-подібні трубки і через них пропускалося повітря, позбавлене вуглекислого газу. Ці трубки поміщалися у водяні лазні, де температура регулювалася за бажанням.
Якщо вологість взятого об'єкта залишалася постійною, кількість вуглекислого газу (CO2) з підвищенням температури збільшувалася. Так, повітря, що пройшло через трубки, містило вуглекислого газу (у компостному грунті):
Якщо в свою чергу температура залишалася постійною, а ступінь зволоження збільшувалася, то кількість CO2 також відповідно збільшувалася.
Таким чином, і температура і вологість субстрату, що розкладається, впливають на цікавий для нас процес в одному напрямку.
Змінюючи у своїх дослідах умови температури та вологості у протилежних напрямках, Wollny дійшов висновку, що утворення CO2 відбувається найбільш інтенсивно за середніх умов температури та зволоження. Так, наприклад, при
Аналогічні результати були отримані і Fodor, дослідження якого є ще й той інтерес, що він працював між іншим з дуже високими температурами (до 137 °). Усі його досліди цілком підтвердили висновки Wollny; між іншим він констатував, що при дуже високих температурах виділення вуглекислого газу з маси, що розкладається, хоча і тривало, але вкрай слабо. Подальші дослідження Petersen з розкладанням органічних речовин у чорноземі та з розкладанням деревини листяних дерев, а також Беллена та покійного П. Костичева - з опалим березовим листям, свіжою ялинковою хвоєю та сіном, показали загалом, що і температура та вологість дійсно діють в одному напрямку але до певної межі (у бік підвищення або, навпаки, у бік зниження), коли вже порушувалася через це життєдіяльність мікроорганізмів і коли процес у зв'язку з цим рухався вперед дуже слабко і мляво.
Кінцевий висновок з усіх цих спостережень може бути формулований так: енергія розпаду органічних речовин досягає оптимуму при деякій середній величинівологості та температури. Недолік вологості знижує цю енергію, так само як і надлишок її, бо в останньому випадку в масі, що розкладається, утрудняється вільна циркуляція повітря. Низька та висока температуратакож пригнічують описуваний процес.
Результати всіх цих дослідів і спостережень, перенесені в природну обстановку, якнайкраще допомагають нам усвідомити собі причини накопичення в тому чи іншому районі тієї чи іншої кількості перегною - того чи іншого складу. У кожному окремому випадку ми завжди можемо пов'язати ці явища, з одного боку, з кліматичними умовами даного району та з тими факторами, від яких залежить мікрокліматична обстановка (рельєф місцевості, характер рослинності та ін.), з іншого – з комплексом внутрішніх фізико-хімічних властивостейсамого грунту (в даному випадку її водних і теплових властивостей), через які переломлюються всі елементи навколишнього грунту природи.
Вплив хімічних властивостей середовища. Ми обмежимося лише найзагальнішими положеннями, що існують у цій галузі
Кислотність середовища, за дослідами Wollny та багатьох інших дослідників, діє пригнічуючим чином на процеси розкладання, що, звичайно, цілком зрозуміло, якщо згадати, що для бактеріального населення – цього найголовнішого збудника описуваних нами процесів кисле середовище є отрутою (грибна мікрофлора, проте, до цьому фактору до певної межі, як нам відомо, нечутлива).
Що ж до значення лужного середовища, то на розгляді цього питання ми зупинимося дещо ближче, причому будемо мати на увазі вплив на процеси, що нас цікавлять, лише присутності вуглекислого кальцію, бо з цією саме сполукою нам найчастіше доводиться мати справу при обговоренні, наприклад, питання про вплив на енергію розкладання органічних речовин таких поширених материнських порід, як леси, лесоподібні суглинки тощо освіти, багаті карбонатами кальцію.
Нещодавно існувало переконання, що CaCO3 (вуглекислий кальцій) значно прискорює інтенсивність розкладання органічних речовин. У практиці сільського господарстваще донедавна поширене було становище, що «вапно, збагачуючи батьків, руйнує дітей», т. е. що це речовина сприяє вкрай швидкому розпаду у грунті перегною, «поживні речовини, що випали», з якого (мінеральні, укладені в ньому сполуки) тимчасово сильно піднімають родючість ґрунту, але водночас позбавляють ґрунт того запасу цих сполук, з якого могли б черпати собі їжу наступні культури. Це помилкове переконання було засноване між іншим на дослідженнях Petersen.
Petersen поставив свої досліди з ґрунтом, що мав 58% перегною (тобто з ґрунтом явно кислим), і за кількістю CO2 констатував майже потрійну кількість цього газу при додаванні до цього ґрунту вуглекислого кальцію, звідки згаданий автор і вивів висновок, що вапно значно прискорює розкладання органічних речовин. В іншому досвіді Petersen оперував з вапняним ґрунтом - незміненим, а також з тим же ґрунтом, але обробленим попередньо для видалення вапна соляною кислотою. Результати були отримані самі. Перші досліди згаданого вченого були пізніше піддані справедливій «критиці з боку покійного П. Костичева, який звернув увагу насамперед на те, що грунт, з якого маніпулював Petersen, був, безперечно, кислий, що містить багато вільних перегнійних кислот. Зрозуміло, що додавання до такого ґрунту вуглекислого кальцію, середнє середовище, створювало сприятливі умови для процесів розкладання. Що стосується іншої групи дослідів Petersen, то останнім було втрачено вплив попередньої обробки ґрунту соляною кислотою, яка мала згубно діяти на ґрунтову бактерійну флору.
Подальші досліди П. Костичева з деревним листям і з чорноземними грунтами показали, що збільшення вуглекислого кальцію, навпаки, завжди знижувало енергію розкладання. Подібні ж результати були отримані Wollny, Reitmair, Коссовичем та ін. Тільки у виняткових випадках, коли ґрунтове середовище містить багато вільних кислот гумусу, додавання вапна може сприяти процесам розкладання
Як відомо, збагаченість гумусом чорноземних ґрунтів частково знаходить собі пояснення в тій охоронній ролі, яку відіграють сполуки кальцію, що входять до складу найбільш поширених у степовій зоні, материнських порід (судини, лесоподібних суглинків тощо).
Зважаючи на те, що кальцій є енергійним коагулятором колоїдальних речовин (як органічних, так і мінеральних), ми повинні приписати цьому елементу також і роль енергійного закріплювача перегнійних сполук у ґрунтовій товщі. Втрата ґрунтом, з тих чи інших причин, сполук кальцію тягне за собою, як відомо, процеси повного її виродження («деградації») – із втратою частини перегнійних речовин шляхом вимивання тощо.
Вплив розкладання органічних речовин припливу повітря. Для з'ясування ролі повітря як одного з факторів розкладання органічних речовин Wollny був поставлений наступний досвід: суміш кварцового піску та торф'яного порошку, зволожена до певної межі, поміщалася в U-подібні трубки, через які пропускалося повітря з різним вмістом кисню, а також чистий азот та чистий кисень. Кількість вуглекислого газу визначалося кожні 24 години. Результати дослідів показали, що розкладання органічної речовини зростає зі збільшенням відсоткового вмісту кисню у повітрі. Навпаки, із зменшенням останнього, а тим більше із заміною цього газу, якимось індиферентним газом (наприклад, азотом) окислення вуглецю органічної речовини сильно пригноблювалося. Недолік кисню, що припливає до матеріалу, що розкладається, позначається не тільки в зниженні енергії цього розкладання, але відбивається і на самому характері процесу. З цієї точки зору прийнято розрізняти процес тління (тобто процес розкладання при доступі повітря) та процес гниття (тобто розкладання в анаеробних умовах).
Якщо органічні залишки розкладаються при повному доступі повітря (аеробний процес - «процес тління»), то ці процеси мають суто окислювальний характер, і розпад органічної речовини може йти безупинно (за відсутності, звичайно, яких-небудь гальмують ці явища факторів) аж до таких продуктів, як вода, вуглекислий газ, солі азотної, сірчаної, фосфорної та інших кислот. При цьому мінеральні речовини, що входили до складу зольних елементів залишків, що розкладаються, таким чином як би звільняються. Відбувається «мінералізація» органічних решток.
Тління відбувається зазвичай із значним виділенням тепла.
При анаеробних процесах («процес гниття») ми констатуємо цілий ряд недоокислених сполук, як метан (в результаті анаеробного метанового бродіння клітковини, крохмалю, пентозанів та ін), сірководень (характерний продукт гниття білків), водень (продукт водневого бродіння) фосфористий водень, аміак, азот і т. п. Далі, серед продуктів анаеробного розкладання ми бачимо такі проміжні форми розпаду білків, як індол, скатол та ін. починаючи з мурашиною і закінчуючи масляною з її вищими гомологами), далі молочна кислота, бензойна, бурштинова та ін. органічної речовини може зовсім припинитись.
Тління та гниття є, звичайно, лише найбільш крайніми формами розкладання органічної речовини, між якими можливі різні проміжні стадії.
Вплив характеру надходження вологи до речовини, що розкладається. Крім перерахованих вище чинників, на енергію і характер розкладання органічних речовин впливає дуже різко характер надходження вологи до речовини, що розкладається (С. Кравков). При безпосередньому дослідженні кількості мінеральних сполук, що відщеплюються від різних рослинних залишків, що розкладаються в тому випадку, коли ці залишки систематично відчувають наскрізне промивання водою (тобто коли продукти розкладання весь час видаляються зі сфери взаємодії один з одним), і в тому випадку, коли ці продукти весь час залишаються при матеріалі, що розкладається у взаємодії, було констатовано, що в першому випадку в масі, що розкладається, накопичуються в достатку продукти кислого характеру, що пригнічують подальший хід процесів розкладання, у другому - процеси ці, навпаки, весь час протікають дуже енергійно. Найближче вивчення цього явища показало, що при наскрізному промиванні матеріалу, що розкладається, ми маємо справу з дуже швидкою втратою цією речовиною своїх лужно-земельних підстав, що і сприяє накопиченню в масі, що розкладається, ненасичених кислих продуктів, що пригнічують даний процес.
Те ж явища були констатовані С. Кравковим і стосовно ґрунтів. Ці висновки, констатовані ще в 1911 р., якнайкраще пояснюються нині з точки зору вчення К. Гедройця про «грунтовий поглинаючий комплекс».
Описані факти необхідно мати на увазі при вивченні умов накопичення та розпаду органічних речовин у ґрунтах з різною водопропускною здатністю, що лежать у різних умовах рельєфу та ін.
Крім розглянутих вище факторів, на енергію процесів розкладання надає важливий вплив і цілий ряд інших умов: ступінь подрібненості матеріалу, що розкладається (чим сну вище, тим, завдяки більшій поверхні зіткнення з атмосферними агентами: температурою, вологою, киснем повітря тощо, процеси розкладання йдуть енергійніше), хімічний склад матеріалу, що розкладається (найшвидшому розкладанню піддаються білкові речовини, цукру, деякі органічні кислоти; важче - клітковина, лігнін, пробкові речовини; нарешті - смоли, воскоподібні речовини, дубильні сполуки і т. д.). З цієї точки зору знання хімічного складу тих рослинних асоціацій, які беруть участь у кожному окремому випадку у створенні органічної речовини того чи іншого ґрунту, видається абсолютно необхідним.
Переносячи всі ці висновки в природу, ми можемо вже передбачати, що характер і енергія розкладання органічних речовин повинні бути ще більш чутливою реакцією на зміну того чи іншого зовнішнього факторау той чи інший бік, ніж розглянуті вище процеси вивітрювання мінералів та гірських порід. Дійсність цілком підтверджує таке припущення: кількість гумусу, що накопичується в тому чи іншому грунті, його якісний склад, хімічні властивості та ін. завжди можна тісно пов'язати з характером навколишніх кліматичних умов, з умовами рельєфу, з характером рослинного (і тваринного) світу і, нарешті, з особливостями материнської породи та з усім комплексом внутрішніх фізико-хімічних та біологічних властивостей самого ґрунту.
Розглянувши ті умови, від яких залежать енергія і характер розкладання органічних залишків, що відмирають, ми перейдемо тепер до вивчення хімічного складу і властивостей продуктів цього розкладання.
Подібно до того, як у мінеральній частині ґрунту ми розрізняємо, з одного боку, релікти (залишки) первинних мінералів і гірських порід, що переходять у ґрунт без істотної зміни їхньої внутрішньої хімічної природи, і з іншого - цілий ряд різноманітних проміжних продуктів їх вивітрювання аж до порівняно важко. що піддаються подальшій зміні їх представників (на різних етапах розвитку ґрунту - різних за складом та властивостями), так точно і в органічній частині ґрунтів ми можемо зустріти поступову гаму переходів від «первинних» органічних сполук, які входять до складу незайманих ще процесами розкладання відмерлих залишків рослин і тварин, до таких органічних сполук, які стосовно згаданої категорії речовин можна було б також назвати «новоутвореннями» і які також можна було б визнати, на кожному даному етапірозвитку ґрунту, що порівняно слабо піддаються подальшому розпаду.
продуктам розпаду органічних речовин, що характеризується порівняно великою стійкістю, ми повинні віднести ті гумусові речовини, про які згадували вище. Цією їх стійкістю пояснюються порівняно слабкі протягом певного відрізку часу коливання кількісного складугумусу в тому чи іншому ґрунтовому типі, в тій чи іншій його різниці. Ho, звичайно, в процесі еволюції, яку зазнає кожен грунт, ці речовини неминуче також беруть активну участь - аж до повного навіть їх руйнування і подальшої мінералізації, тобто до випадання з них мінеральних сполук - у вільному вигляді, і до перетворення « органогенів» в такі кінцеві продукти, як СО2, H2O та ін.
Залишаючи осторонь розгляд складу і якостей тих минучих і «швидких», отже, непостійних і нехарактерних продуктів розкладання, про які сказано було нами вище, ми звернемося надалі вивчення того специфічного грунтового освіти, який називається гумусом.
Гумусові сполуки ґрунту, що грають таку першорядну роль у ґрунтоутворенні та в житті рослин, вже здавна приковували до себе увагу численного ряду дослідників. Незважаючи на це, розібратися повністю у всьому складному комплексі явищ, пов'язаних з генезою гумусу, його складом і властивостями, все ще неможливо.
З метою пізнання складу та властивостей ґрунтового гумусу вже здавна був використаний шлях аналітичний: вже здавна робилися різноманітні спроби так чи інакше виділити цей складний комплекс із загальної ґрунтової маси – з подальшим аналізом його складу та властивостей.
Метод виділення з ґрунту гумусових речовин, запропонований ще Sprengel і не втратив у модифікації Grandeau свого значення і дотепер, полягає в обробці ґрунту будь-яким вуглекислим лугом (вуглекислим натрієм, вуглекислим калієм або вуглекислим аміаком). Тривалим і багаторазовим промиванням ґрунту згаданими реактивами можна часто досягти майже повного знебарвлення цього ґрунту і отримати у фільтраті чорну або буру рідину, що є, таким чином, лужним розчином перегнійних речовин досліджуваного ґрунту («чорна речовина»). Зважаючи на те, що в розчин «чорної речовини» можуть потрапляти у відомій своїй частині і ті мінеральні речовини ґрунту, які не належать безпосередньо до перегнійних сполук (у вигляді найтонших суспензій), згадана вище фільтрація в даний час проводиться зазвичай допомогою спеціальних фільтрів, що можуть націло затримати ці суспензії (застосовуючи, наприклад, глиняні свічки Шамберлана тощо).
Як показали дослідження, виділити цим шляхом всі перегнійні сполуки все ж таки не вдається: як би довго і багаторазово ми обробляли вуглекислими лугами грунт, в останній майже завжди залишається відома кількість органічних речовин, що не піддаються розчиненню та виділенню. Є вказівки в літературі, що в деяких ґрунтах залишається таких не можуть бути підданими найближчому дослідженню органічних сполук від 15 до 30 і навіть 40% від загальної маси наявних у цих ґрунтах органічних речовин, що, звичайно, вказує на крайню важливість та невідкладну необхідність найближчого обстеження і цієї невитягуваної частини ґрунтового перегною. Колишні дослідники називали ці сполуки, що не розкладаються лугами, «індиферентними» речовинами ґрунтового гумусу (гумін - більш темного забарвлення, ульмін, геїн та ін. - бурою).
Процес переходу частини гумусових речовин ґрунтів у лужну витяжку, про що ми говорили вище, зазвичай розглядався як утворення при цьому розчинних лужних солей різних гумусових кислот.
У цій кислотній частині ґрунтового перегною колишні дослідники розрізняли: 1) ульмінову кислоту, 2) гумінову кислоту, 3) хронову кислоту (ключову) і 4) апокренову кислоту (осадово-ключову), причому вважалося, що ульмінова та гумінова кислоти є найменш окисленою частина ґрунтового перегною, т. е. є у його складі наймолодший і найбільш початковою формоюрозпаду тих чи інших органічних сполук, які брали участь у його синтезі; кренова кислота є продуктом вже більш окислений, ніж згадані вище; нарешті, апокренова кислота є речовиною ще більш окисленим, що характеризує ще більш глибокий розпад тих органічних сполук, які беруть участь у побудові ґрунтового гумусу.
Перераховані вище компоненти ґрунтового гумусу мають, за даними ряду дослідників, такі властивості:
Гумінова кислота (і близька до неї ульмінова) – чорного кольору; надзвичайно мало розчинна у воді. Нерозчинні також її солі («гумати») - полуторних оксидів, а також солі кальцію, магнію та закису заліза. Розчинними є лише лужні її солі (калію, натрію, амонію).
Кріпова кислота («ключова» кислота) - легко розчинна у воді; водний розчин її – безбарвний. Солі її («кренати») – лужні, лужно-земельні та солі закису заліза – легко розчиняються. Те саме треба сказати і про кислі солі глинозему; солі ж полуторних оксидів – середні, а також марганцеві та мідні – у воді важко розчиняються.
Апокронова кислота («осадово-ключова» кислота) - дещо менш розчинна у воді, ніж кренова. Її солі («апокренати») лугів та закису заліза – легко розчиняються у воді; солі лужно-земельних основ - дещо складніше; солі полуторних оксидів, марганцеві та мідні солі - важко розчинні.
На описаних властивостях компонентів ґрунтового гумусу засновані й існуючі методи їхнього роздільного отримання.
Уявлення про гумус як комплекс різних, певного складу кислот та їх солей підтримується і низкою сучасних дослідників. Так, Sven-Oden розрізняє у складі ґрунтового гумусу наступні сполуки:
Гумусове вугілля (відповідають ульміну та гуміну колишніх авторів). Є ангідридами «гумусової» та гіматомеланової кислот. У воді не розчиняються і не дають колоїдних розчинів. Обкладають чорним чи темнобурим кольором.
Гумусова кислота; відповідає гумінової кислоти колишніх авторів, з усіма її властивостями (дуже мало розчинна у воді та в алкоголі; всі її солі, крім лужних, також не розчиняються; може давати з водою колоїдні розчини; кислота - чорно-бурого кольору).
Гіматомеланова кислота; відповідає ульмінової кислоти колишніх авторів Бурий колір. Близька за властивостями до гумусової кислоти, але розчинна в алкоголі. З водою дає колоїдні розчини.
Фульвокислоти, відповідають крепової та апокренової кислот колишніх авторів. Легко розчиняються у воді, як і більшість їх солей. Пофарбовані у жовтий колір.
Таким чином, Sven-Oden на підставі своїх досліджень визнає, що гумусові речовини ґрунту дійсно є певними хімічними сполуками (кислотами та їх похідними), але частково, перебуваючи в колоїдному стані, можуть давати і так звані «поглинальні сполуки».
Паралельно зі спробами з'ясувати саму природу компонентів, що становлять гумусову речовину ґрунту, вже з давніх-давен йшла діяльна дослідницька робота з з'ясування внутрішньої структурицього складного комплексу. Особливу увагу привертало питання про характері і міцності зв'язки України із «ядром» гумусу зольних речовин, і азотистих його сполук.
На підставі одних робіт можна думати, що органо-мінеральні сполуки, що входять до складу ґрунтового перегною, являють собою прості та подвійні солі гумусових кислот, де зольні речовини пов'язані з органічними зв'язками основ з кислотами, підпорядковуючись, таким чином, законам простих хімічних реакцій ( Schiibler, Mulder, Pitch). З іншого боку, є дані, що свідчать про те, що зольні речовини укладені в гумусі набагато міцніше і не можуть бути витягнуті повністю з останнього шляхомобробки його звичайними методами, лише після повного його руйнації (наприклад, спалюванням) На це ми маємо вказівки ще в колишніх авторів. Так, наприклад, Pодзянко, після багаторазово-повторного осадження гумусу та обробки його 30% соляною кислотою, все ж таки знайшла в ньому близько 1,5% золи. Всі ці дослідження дають підстави думати, що мінеральні речовини присутні у самій молекулі перегнійного комплексу.
На думку ряду вчених (Густавсон), гумусова речовина містить, крім кислотних водних залишків, і спиртові, водень яких може бути заміщений металами із слабким кислотним характером (залізом, алюмінієм). У золі гумусової речовини знаходяться у значній кількості саме ці багатоатомні метали, і вони можуть бути сполучними ланками між рештою мінеральної частини мінеральної сполуки (Р2О5, SiO2, частиною насичені іншими основами) та органічними речовинами. Подібне з'єднання не повинно розкладатися лугами, бо водень спиртових водних залишків не може, як відомо, заміщатися радикалами з лужним характером.
Далі, роботи Hoppe-Seyler, які показали, що перегнійні речовини з їдким лугом і водою при нагріванні до 200° С дають протокатехінову кислоту (одна з діоксибензойних кислот), наводять на думку, що в перегнійному комплексі є фенольні водні залишки останніми дослідженнями- F. Fisсhеr).
Reinitzer, констатувавши здатність гумінової кислоти відновлювати фелінгову рідину, схиляється до думки, що в ній присутня альдегідна група, або гідроксильна, як у фенолі, або та й інша. Існують певні вказівки на наявність у складі гумінової кислоти карбоксильних груп. Леваковський, П. Слезкин, З. Кравков вважають, що зв'язок у гумусі між органічною і мінеральною частинами така ж міцна, яка є й у свіжому рослинному речовині, що частина своїх зольних частин тумус отримує хіба що «в спадок» від гумусообразователя. З цієї точки зору зольні речовини гумусу входять до самої молекули органічної речовини, і гумусовий комплекс надходить у ґрунт з відмираючих рослинних (і тварин) залишків до певної міри в «готовому» вже вигляді, тобто не у вигляді суто органічного, а мінерально -Органічної речовини, як би закінчує пізніше, при надходженні своєму в ґрунт, своє остаточне формування шляхом приєднання ряду інших зольних елементів вже з ґрунту. Деяке підтвердження цього погляду ми знаходимо в пізніших роботах Б. Одинцова і Gartner, що отримували з рослинних залишків, що розкладаються, залишки екстракти, дуже подібні за складом своїм і властивостями з ґрунтовим перегноєм.
Велика кількість досліджень присвячена була і більш приватному питанню - в якій формі знаходиться в ґрунтовому перегною азот. Є дані, що не залишають сумнівів у тому, що частково цей елемент представлений у гумусі у вигляді аміачних сполук, що доводиться можливістю видалення цих сполук шляхом кип'ятіння перегнійних речовин з їдкими лугами та повторного осадження кислотами. Tенар, з сильно перепрілого гною витяг кислоту, яка після 10-кратного розчинення в KHO і осадження кис нотою не знизила вміст азоту; звідси автор зробив висновок, що цей азот не аміачний, а належить частинці самої кислоти і може бути витіснений звідти лише при повному руйнуванні речовини, наприклад, при сплавленні з їдким лугом тощо. Дослідження цілого ряду інших вчених також констатували присутність у ґрунтовому гумусі якихось – ближче не досліджених – вельми міцних азотистих сполук. Роботи Berthelot, Andrе показали, що азот у ґрунтовому перегною знаходиться у відомій своїй частині у вигляді амідів та амінокислот. Водночас досліди останнього з названих нами авторів показали, що, крім амідного та амінокислотного (і аміачного) азоту, ґрунтовий перегній містить у собі деяку (від 20 до 66% до загальної кількості азоту) кількість цього елементами ще в якійсь формі ( в якій саме, залишилося нез'ясованим), що не розкладається ні лугами ні азотистою кислотою. Деякі дослідники вважають цю міцну азотисту частину гумусу за залишки речовин тваринного походження (кератин, хінін та ін.). Небіжчик П. Костичев вважав ці азотисті речовини, що входять до складу живих бактерій і грибків, що живуть на ґрунтовому перегною. Існує припущення (Демьянов), що в гумусі є білкові речовини, але не у вільному вигляді (у якому вони мають неміцність і легку розкладність - і від хімічних реактивів і під впливом ферментів), а в більш міцному з'єднанні з іншими речовинами кислотного характеру, наприклад , з дубильною та фосфорною кислотами та, нарешті, з безазотистими гумусовими кислотами або з дегідратованою васкульозою. Є великі підстави запідозрити присутність у ґрунтовому гумусі азоту, що належить, нуклеїнам, нуклеопротеїдам, лецитину тощо.
Te успіхи, яких досягла, особливо за Останніми роками, колоїдна хімія, не могли не знайти собі відображення в деяких положеннях ґрунтознавства і зокрема не могли не зіграти суттєвої роліта у з'ясуванні істинної природи гумусових речовин. Роботи van Bemmelen, Fischer, Ehrenber g, видатні дослідження російського вченого K. Гедройця дають нам в даний час можливість розглядати гумусові речовини ґрунту як сполуки, що у своїй частині перебувають у колоїдному стані. До цього нас приводить вивчення цілого ряду тих своєрідних властивостей, які мають ці речовини. Так, здатність їх згортатися з розчинів під впливом кислот і солей, морозу та електричного струму, сильне поглинання ними води і - як наслідок цього - найсильніша здатність набухання, а після висихання сильне зменшення в об'ємі, дуже слабка електролітична провідність, підпорядкування перетерплюваних гумусовими речовинами перетворень - законам поверхневого натягу, а не стехіометричним законам, колоїдів, здатність утворення комплексних сумішей і складних продуктів приєднання та ін - все це підтверджує, що в особі перегнійних речовин ми бачимо складний комплекс сполук, що знаходяться у своїй частині в колоїдному стані.
З цієї точки зору, деякі з розглянутих вище властивостей гумусових речовин повинні малюватись нам дещо в іншому вигляді. Так, зольна, наприклад, частина перегнійних речовин повинна розглядатися не як якась певна хімічна сполука, а як «поглинальна сполука»; розчини гумусових речовин у лугах повинні являти собою не істинні розчини, а псевдорозчинників облогу дію на гумусові речовини двозначних і тризначних катіонів (Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++) - як процес коагуляції, згортання, утворення гелів та ін. Згідно з даними В. Геммерлінга, дисперсність перегнійних речовин зростає паралельно до ступеня окислення їх і паралельно до їх активності. З цієї точки зору найменш дисперсними тілами В. Геммерлінг вважає гумін та ульмін, а найбільш дисперсними – крепову та апокренову кислоти.
У роботах Baumann та Gully вищевикладені погляди van Bemmelenn ін. знайшли собі, однак, крайнє вираження; згадані автори намагалися довести, що гумусові кислоти взагалі ніколи не утворюють справжніх солей, що всі сполуки, які були описані як солі, насправді не мають ні сталості складу ні здатності до іонних реакцій, будучи виключно «поглинальними (адсорбційними) сполуками». Ці погляди ми повинні в даний час вважати утрированими, бо в колоїдному стані може перебувати в грунті, як ми вказали вище, лише частина гумусових речовин; крім того, необхідно відзначити, що колоїдальний стан матерії аж ніяк не виключає здатність речовини вступати в хімічні реакції.
На підставі цілого ряду пізніших досліджень, доводиться вважати, що жодна зі згаданих вище «кислот» не є певним хімічним індивідом, а є, взята кожна окремо, складним комплексом різних сполук. З цієї точки зору і існуючі методи поділу ґрунтового гумусу на згадані вище компоненти доводиться вважати умовними, розуміючи під словом «гумінова», «крепова» та «апокренова» кислоти лише сукупність однорідних за своїми фізичними та хімічним властивостямкомплексів.
На це ми маємо вказівки ще колишніх авторів (Post, Muller, Reinitze г, Berthelot та ін), що констатували у складі органічної частини ґрунтів існування цілого ряду найрізноманітніших органічних сполук (смоли та жири, гліцерин, нуклеїни, альдегіди та ін.). ); HO це положення отримало особливо вагоме обґрунтування після робіт американських вчених (Schreiner і Shorey та ін.). Останні з метою вивчення складу та властивостей перегнійних сполук застосували до різних американських ґрунтів цілу низку найрізноманітніших реактивів - з метою вилучення з ґрунтів можливо більш різноманітних груп органічних сполук, які можуть перебувати в гумусі цих ґрунтів. В якості розчинників ними з цією метою застосовувалися їдкий луг, мінеральні кислоти, спирт, петролейний і етиловий ефір та ін. ).
З кислот знайдено були: монооксистеаринова, діоксистеаринова, парафінова, лігноцеринова, агроцеринова, щавлева, янтарна, кротонова та інші кислоти.
З вуглеводів знайдено були: пентозани, гексазу та ін.
З вуглеводнів: Ентріаконтан.
З алкоголю: фітостероль (з групи холестеринових речовин), агростероль, маніт та ін.
З ефірів: ефіри смоляних кислот, гліцериди капринової та олеїнової кислот та ін.
З азотистих речовин: тріметіламін, холін.
Діамінокислоти: лізин, аргінін, гістидин та ін.
Цитозин, ксантин, гіпоксантин, креатин.
Піколінкарбонова та нуклеїнова кислоти.
Крім згаданих сполук, у багатьох ґрунтах були виділені бензойна кислота, ванілін та багато інших. ін.
З усіх перелічених речовин у гуміновій кислоті (тобто в осаді, що утворився при обробці лужного екстракту соляною кислотою) переважали; ефіри смоляних кислот, смоляні кислоти, гліцериди жирних кислот, агростерин, фітостерин, агроцеринова, лігноцеринова, парафінова кислоти та ін; у складі ж кренової та апокренової кислот (тобто в кислому фільтраті від згаданого вище осаду) констатовано були: пентозаны, ксантин, гіпоксантин, цитозин, гістидин, аргінін, діоксистеаринова та піколінкарбонова кислоти та ін.
Цікаво відзначити, що при багаторазовій обробці ґрунтів їдким лугом (2%) в останніх все ж таки залишалася значна кількість якихось органічних сполук, що не переходять у розчин («гумін» і «ульмін» колишніх авторів).
Звичайно, сумніватися в тому, що так звана гумінова, крепова і апокренова кислоти не являють собою певних хімічних індивідуумів, а є окремо сумішшю різноманітних органічних сполук, нині не доводиться. Проте згадані вище роботи американських дослідників жодною мірою проблеми, пов'язаної з з'ясуванням складу гумусу, не дозволяють, бо залишається незрозумілим, чи визначали вони всі перераховані вище речовини в органічній частині досліджених ґрунтів взагалі або саме в перегнійній частині їх складу (згадаймо те розмежування цих двох понять, що ми зробили вище). Швидше доводиться припустити, що це виділені вище з грунтів органічні сполуки є компоненти взагалі органічної частини грунтів; але які з них входять до складу саме ґрунтового перегною, залишається нез'ясованим. Самий факт наявності у ґрунтах всіх тих органічних сполук, які входять до складу рослинних та тваринних залишків, а також присутність у них різноманітних проміжних форм розпаду цих сполук, звичайно, не можуть підлягати жодному сумніву. Тому дослідження, зроблені американськими вченими, навряд чи спонукають нас уперед у вирішенні питання про склад та властивості того органо-мінерального ґрунтового новоутворення, яке ми називаємо гумусом. У кращому разі вони дають нам у руки зайвий аргумент - підозрювати хімічну складність та різноманітність тих комплексів, які умовно нами поєднуються словами «гумінова», «крепова» та ін. кислоти.
Зважаючи на те, що досі не знайдені ще методи, за допомогою яких ми могли б виділяти з ґрунту гумусові речовини в чистому вигляді і тим самим їх індивідуалізувати, висловлені нами зараз міркування можуть бути застосовані більшою чи меншою мірою і до всіх інших досліджень та робіт , які прагнуть так чи інакше розшифрувати склад і властивості ґрунтового гумусу шляхом спроб виділення останнього з ґрунту, бо в нас ніколи не може бути впевненості в тому, чи маємо ми справу з гумусовими речовинами ґрунту або перед нами лише різноманітні релікти тих органічних сполук, які входили до складу відмерлих рослинних та тваринних залишків і які ми повинні визнати минущими сполуками взагалі органічної частини цього ґрунту.
He позбавлено підстави і припущення - чи не є всі зумовлені цим методом органічні сполуки свого роду новоутвореннями, що виходять у самому процесі обробки досліджуваних ґрунтів тими чи іншими реактивами, що застосовуються (лугом, спиртом тощо). Нарешті, не можна не вказати і на те, що склад гумусу різних ґрунтів, звичайно, дуже різний (залежно від складу рослини, що відмирає, від кліматичних умов, від фізико-механічного і хімічного складу мінеральної частини ґрунтів і т. д.). Тому прагнення з'ясувати склад та властивості ґрунтового гумусу згаданим вище шляхом зустрічає, безсумнівно, надзвичайно багато труднощів, даючи нам у кожному окремому випадку умовні приватні уявлення про отримані дані.
Всі висловлені зараз міркування можуть бути цілком прикладними як і зазначено нами вище, і до тих нових спроб, які зроблено за Останнім часомпоряд дослідників у сфері дослідження методів виділення з ґрунтової маси гумусових речовин. Особливу увагу привертає в даний час метод ізолювання гумусових речовин ґрунту прийомом обробки останньої ацетилбромідом (CH3COOBr) - метод, запропонований Karrer і Boding-Wieger і широко використаний Springer. Ацетилбромід, як показали відповідні дослідження, переводить у розчин всі органічні речовини грунту рослинних залишків, що ще не гумифікувалися, і майже не зачіпає гумусових речовин грунту, що, здавалося б, відкриває широкі можливості для подальшого безпосереднього дослідження та аналізу цих останніх. Однак метод цей дуже мало ще вивчений і мало перевірений, чому доводиться поки утримуватися від певних суджень. Тим більше докладно сказане по відношенню до інших запропонованих останнім часом спроб виділення з ґрунту гумусових речовин - до методів, наприклад, обробки ґрунту перекисом водню, піридином та ін. Schreiner і Shorey, що застосовувався, внаслідок чого і всі міркування і положення, що висуваються згаданими вище дослідниками про склад і властивості гумусових речовин грунту, збуджують цілу низку нерозв'язних сумнівів.
Зважаючи на це ми не вважаємо за можливе викладати в цьому курсі всі ті висловлювані згаданими вище авторами погляди з питань про склад, структуру та властивості гумусових речовин, які базуються на ненадійних та умовних підставах.
Вже з давніх-давен робилися спроби застосувати до судження про склад і властивості гумусових речовин інший метод, а саме метод синтетичний, або, правильніше кажучи, метод генетичний, тобто метод штучного отримання перегнійних речовин (з усіма характерними для них властивостями) з певних хімічних індивідуумів при докладному вивченні всіх проміжних етапів, які проходять дані індивідууми цьому шляху. Шлях генетичного вивчення гумусу ми повинні визнати, безсумнівно, більш плідним і таким, що може швидше дати нам в руки ключ до вирішення питань, пов'язаних з походженням, складом і властивостями цього складного комплексу.
На цьому шляху можна використовувати два методи: або намагатися штучно отримувати подібні з гумусовими речовинами сполуки шляхом обробки тими або іншими реактивами різних найбільш поширених в рослинному тілі органічних сполук. Цей шлях був широко використаний у роботах колишніх дослідників (особливо багато було проведено таких експериментів із вуглеводами за допомогою обробки їх міцними мінеральними кислотами). Або ж, з метою уникнути застосування таких «насильницьких» прийомів гумифікації об'єктів, що вивчаються, можна йти іншим методом, а саме: ставлячи ті чи інші хімічні індивідууми (білки, вуглеводи тощо) та їх комбінації в різні умови їх розкладання (при різній температурі , за різних умов аерації та зволоження, за участю біологічних факторіві без них і т. д.), намагатися дослідити, які з об'єктів, що вивчаються, і за яких умов можуть перетворюватися на подібні з гумусом речовини і які - ні, а вивчаючи проміжні етапи, що проходять цими об'єктами на шляху остаточного формування гумусу, намагатися проникнути і в саму сутність хімічних перетворень, що відбуваються при цьому. Цей шлях ми повинні визнати і природнішим і продуктивнішим.
Першим питанням загального порядку, що випливає з такої постановки проблеми, що нас цікавить, є наступне: які саме складові частини відмираючих рослинних і тваринних залишків беруть безпосередню участь у побудові гумусу? Іншими словами: які з цих складових частин ми повинні вважати «першоджерелами» речовинного складу гумусу? Одні дослідники, виходячи з теоретичних передумов, що в побудові перегною повинні брати участь лише ті з складових частин рослин (і тварин), які мають порівняльну стійкість і міцність при процесах їх розкладання, припускають, що головним джерелом гумусутворення є клітковина, інкрустуючі речовини, лігнін, гумі, дубильні речовини і т. п. Інші складові рослинних залишків (білки і т. п.) при процесах свого розпаду настільки легко і швидко розкладаються в грунті до кінцевих продуктів (CO2, H2O і ін.), що, на думку цих дослідників, не можуть фіксуватися в ґрунтовій масі і тим не можуть брати участь у синтезі того міцного і стійкого комплексу, яким є гумус. Інші дослідники висувають іншу точку зору, яка є до певної міри протилежною тільки що викладеної, а саме що у формуванні ґрунтового гумусу найближчу і безпосередню участь беруть, навпаки, найбільш рухливі і зокрема лише розчинні у воді продукти розкладання органічних залишків, що відмирають (Леваковський, Hoppe- Seyler, Сльозкін, Кравков).
На підставі робіт цих дослідників можна бачити, що атмосферна вода навіть і з свіжих, тобто не піддавалися ще ніяким процесам розкладання, рослинних залишків в змозі вимивати цілий ряд як органічних, так і зольних сполук, які згодом під впливом різних фізико- хімічних та біохімічних агентів, здатні бувають перетворюватися на темні, гумусоподібні речовини. Ще більш, звичайно, різкому масштабі відбувається цей процес у тому випадку, коли воді доводиться впливати на відмерлі рослинні залишки, що вже зазнали ті чи інші стадії розпаду (випадок, з яким головним чином і доводиться мати справу в природних умовах).
Викладені вище суперечливі судження про першоджерела речовинного складу ґрунтового гумусу ми повинні вважати, що в даний час втратили свою гостроту. Нині не доводиться більше сумніватися в тому, що, перш ніж перетворитися на гумус, всеорганічні сполуки, безсумнівно, повинні пройти рідку фазу. А оскільки абсолютно стійких і абсолютно незмінних органічних сполук не існує і всі вони під впливом суто хімічних або біохімічних агентів можуть зазнавати різних перетворень, у тому числі й у бік збільшення своєї рухливості та розчинності (навіть лігнін, смоли та дубильні речовини), то доводиться визнати, що у побудові гумусового ядра ґрунтової маси можуть брати участь взагалі всі органічні сполуки, що входять до складу рослинних і тваринних залишків. Питання зводиться лише до з'ясування частки участі кожного з органічних сполук у процесі побудови цього ядра, а головне, до з'ясування тих складних хімічних, фізико-хімічних та біохімічних взаємодій, які відбуваються між органічними сполуками та мінеральною субстанцією ґрунту, іншими словами – до вивчення тих складних явищ, що супроводжують процес оформлення органо-мінерального комплексу, ґрунтового тіла.
Великі дослідження у вказаних областях були зроблені в нашій лабораторії А. Трусовим. Ставлячи різні органічні сполуки - часто дуже тривалий час - у різні умови розкладання, згаданий автор зробив, виходячи з своїх експериментів, такі основні выводы:
1. Вуглеводи (клітковина, геміцелюлоза, крохмаль, сахароза, глюкоза та левульозу) в утворенні гумусових речовин участі, мабуть, не беруть.
2. Масла беруть у цьому синтезі лише обмежену участь.
3. Органічні кислоти, гумі, пробку також не доводиться зараховувати до категорії гумусоутворювачів.
4. Головними ж «постачальниками» гумусових речовин ґрунту є білки, дубильні речовини, інкрустуючі речовини (лігнін) та різні поліфенольні сполуки (гідрохінон, орцин, пирогаллол та ін.).
5. Білкові речовини на шляху своєї гумифікації зазнають перш за все гідролітичного розпаду; надалі відбуваються окислення та конденсація продуктів цього гідролізу. З таких продуктів гідролітичного розпаду білків на утворення гумусових речовин йдуть пірольні та бензольні сполуки, а з останніх - головним чином містять фенольну групу, наприклад: індол, скатол, пролін, триптофан, фенілаланін, тирозин та ін. Виходять конденсовані, пофарбовані в чорний і бурий колір продукти з характером оксихінонів.
6. Гуміфікація лігніну (інкрустуючих речовин) йде за рахунок фенольних і хінонної груп, що містяться в ньому. Виходять різні ущільнені продукти - з характером оксихинонов.
7. Гуміфікація дубильних речовин - через галову кислоту, що утворюється в результаті гідролізу цих речовин, йде знову-таки до утворення ущільнених продуктів з характером оксихінонів; крім того, виходять танномеланінова кислота, пирогаллол, пурпурогаллін та ін.
8. Приблизно ті ж продукти виходять при гумифікації поліфенольних сполук, що входять до складу рослинних залишків.
Гуміфікація всіх перелічених вище органічних сполук відбувається у грунті під впливом найрізноманітніших як біологічних, і хімічних чинників.
Підводячи всі процеси гумифікації під одну загальну схему, можна, таким чином, сказати, що першим етапом цих процесів є гідролітичний розпад різноманітних вуглецевих сполук, тобто розпад складного вуглецевого ланцюга на простіші частини.
Другий етап у формуванні гумусових речовин виявляється в енергійній втраті води та явищах внутрішнього ущільнення.
А. Трусовим, як бачимо, була намальована лише загальна схемацікавлять нас процесів. Останнім часом синтетичний (генетичний) шлях вивчення гумусових речовин грунту був широко використаний американським дослідником Waksman.
Виходячи з міркування, що різні органічні сполуки, що входять до складу відмерлих рослинних і тваринних залишків, володіють різним ступенем стійкості проти руйнівної дії мікробів і різним ступенем своєї хімічної рухливості та реактивності, а отже, і різним ступенем можливої участі, у синтезі порівняно стійкого комплексу , Яким є грунтовий гумус, Waksman, розробивши відповідну методику, ділить всі органічні сполуки, що зустрічаються в рослинних речовинах, на ряд фракцій, що об'єднуються деякими загальними властивостями.
1. Якщо ту чи іншу рослинну речовину (торф тощо) піддати передусім екстрагування ефіром, то розчин переходять; ефірні і жирні олії, частина воскоподібних і смолистих речовин та ін. гумус.
2. Впливаючи на залишок, після обробки його ефіром, водою (спочатку холодною, потім гарячою), ми сприяємо переходу в розчин різних цукрів (глюкоза, манноза, пентоза та ін), амінокислот, деяких розчинних протеїнів, деяких органічних кислот (виннокам'яної, оцтової, арабанової, малонової та ін.), спиртів (маніт та ін.), деякої кількості крохмалю, дубильних речовин тощо. Ця група речовин, за винятком дубильних сполук, навпаки, може бути охарактеризована як дуже легко піддається розкладанню під впливом мікроорганізмів (бактерій та грибків), чому, швидко піддаючись у ґрунті руйнуванню, не є безпосереднім джерелом побудови гумусового комплексу.
3. Впливаючи, далі, на залишок аналізованої речовини киплячим "95° спиртом, ми переводимо в розчин деякі смоли та воски, алкалоїди, хлорофіл та інші пігменти, танін, холін, вищі спирти (інозит) та ін. Вся ця фракція повинна бути охарактеризована як така, що володіє великою стійкістю і опірністю розкладають дії мікроорганізмів і, отже, може як така у своєму мало зміненому вигляді перебувати у складі ґрунтового гумусу.
4. Впливаючи на залишок від попередньої обробки розведеними киплячими кислотами (наприклад, 2% HCl), ми сприяємо переведенню в розчин геміцелюлози («несправжня» клітковина), яка при зазначеній операції піддається гідролізу, тобто переходить у прості вуглеводи. як відомо, ангідридами як гексоз, так і пентоз (у рослинному тілі дуже поширені похідні від останніх – так звані пентозани).
Обробляючи залишок від попередньої операції концентрованими кислотами (80% H2SO4 і 42% HCl), ми переводимо в розчин целюлозу (справжню клітковину) - складний ангідрид глюкози.
Як целюлоза, так і геміцелюлози є однією з найголовніших складових частин сухої речовини рослинних решток.
Хоча з боку хімічної обидві згадані групи органічних сполук повинні бути, таким чином, охарактеризовані як дуже міцні та стійкі сполуки, проте під впливом діяльності особливих мікроорганізмів, що виділяють гідролізуючі ферменти, вони піддаються в ґрунті досить швидкому та повному розкладанню, що робить дуже сумнівним їхня присутність у складі ґрунтового гумусу.
5. Залишок від попередніх всіх операцій дає нам можливість визначити так званий лігнін (інкрустуючі речовини, які є необхідною складовою клітинних стінокрослин). Хімічна природа лігніну є нез'ясованою. Поняття це збірне, що включає комплекс різних сполук, що не піддаються гідролізу навіть під впливом таких концентрованих кислот, як згадані вище 80% H2SO4 і 42% HCl. Велика його стійкість проти руйнівної дії мікробів дає право вважати його одним із звичайних компонентів ґрунтового гумусу.
6. Група азотовмісних сполук грає виключно важливу рольу житті рослин та тварин, входячи як невід'ємна частина до складу плазми клітин. Ця група численна та різноманітна за своїми властивостями. Частина цих сполук розчинна у воді (див. вище: розчинні протеїни, амінокислоти та ін.); інша частина легко гідролізується при дії киплячих розведених кислот (власне протеїни) і тоді дає воднорозчинні сполуки; третина гідролізується лише за вплив концентрованих кислот тощо.
З цієї точки зору групу азотистих органічних сполук треба визнати дуже різною - за ступенем стійкості та розкладу окремих її представників, а отже, і за ступенем участі в утворенні гумусового комплексу.
Крім згаданих вище різних органічних сполук, ми завжди спостерігаємо у складі тіла рослин і тварин, що відмирають, різна кількість найрізноманітніших і мінеральних (зольних) речовин. Всі ці різноманітні сполуки, потрапляючи в процесі грунтоутворення в різні горизонти гірської породи, що вивітрюється, зазнають різної долі: одні з них, роблячись надбанням мікробів, швидко руйнуються і розкладаються, інші зазнають ряду складних явищ взаємодії з мінеральними складовими частинами грунту, одним з результатів яких є той порівняно стійкий і міцний органомінеральний комплекс, що зветься гумусом. Ці явища взаємодії складні і різноманітні: тут мають місце і суто хімічні реакції між складовими частинами породи, що вивітрюється, і тими розчинними продуктами розкладання органічних залишків, які піддаються систематичному вилуговування з останніх атмосферними опадами, і явища мікробіологічного порядку, що полягають у різноманітних процесах розпаду їх складу, а з іншого боку, і зворотного синтезу продуктів, що утворюються в тілі мікроорганізмів у процесі їх харчування з утворенням нових складних органічних речовин, і, нарешті, явища фізикохімічні, пов'язані з колоїдальним станом взаємодіючих речовин і що призводять до утворення в грунті особливих «адсорбційних сполук ».
Грунтуючись на тому, що з усіх органічних сполук, що входять до складу рослинних залишків, найбільшою стійкістю проти дії мікробів, що розкладає, має лігнін; з іншого боку, констатувавши той факт, що в процесі розкладання цих залишків відбувається накопичення протеїнових (та інших азотистих) комплексів і далі, що у всіх аналізованих автором грунтах згадані зараз речовини становили до 80% всієї органічної речовини цих грунтів і т.д. , - Waksman робить припущення, що грунтовий гумус складається з основного і складного комплексу - ядра, що включає фракції головним чином лігніну і протеїну, що знаходяться між собою в тісному хімічному з'єднанні.
Це основне ядро супроводжується низкою інших речовин, які або залишилися від розкладання рослинних та тваринних залишків, або були синтезовані завдяки життєдіяльності мікроорганізмів.
Серед цих другорядних складових частин ґрунтового гумусу є деякі жири і воску, геміцелюлози, вищі спирти, органічні кислоти та ін. У згаданих вище ґрунтах, аналізованих Waksman, органічна речовина містить дійсно лише близько 16% нерозчинних у воді вуглеводів (целюлоза, геміцелюлоза. ) і всього лише 2,5-3% речовин, розчинних в ефірі та спирті, тим часом як на суму протеїну та лігніну припадало до 80% всієї органічної речовини цих ґрунтів.
Беручи до уваги, що фракція протеїну, що потрапляє в ґрунт з рослинними та тваринними залишками, а також утворюється в ній у процесі синтезу життєдіяльності мікробів, може варіювати за своїм хімічного складуі що група лігніну також може представляти собою комплекс з'єднань, що значно різняться між собою, ясно, що внутрішня конституція лігніно-протеїнового ядра в різних грунтах, що утворюються і розвиваються в різних умовах, може значно між собою варіювати.
Waksman вдалося в лабораторній обстановці штучно синтезувати цей лігніно-протеїновий комплекс. Останній виявився, за загальною сумою своїх властивостей, різко відмінним від властивостей окремих компонентів, що входять до його складу - лігніну і протеїну - і водночас придбав всі ті хімічні, фізико-хімічні та біологічні властивості, які ми взагалі вважаємо характерними для гумусу (або, правильніше кажучи, для тієї його частини, яка носить назву гумінової кислоти): розчинність у лугах і подальшу осадження кислотами, темний колір, стійкість проти дії мікробів, що розкладає (протеїнові речовини, зазвичай легко піддаються розкладаючій дії мікроорганізмів, в результаті своєї взаємодії з лігніном набувають, як виявилося, більшу стійкість).
Waksman вдалося далі отримувати штучні сполуки «лігніно-протеїнового» комплексу з різними основами (Ca, Mg, Fe, Al), причому методами, подібними до тих, які зазвичай застосовуються для отримання різних солей гумінової кислоти; ці дослідження при подальшій їх розробці можуть внести деяку ясність у пізнання того зв'язку, який існує між органічним ядром та зольними елементами ґрунтового гумусу. Між іншим було встановлено, що лігніно-протеїновий комплекс володіє
Не будемо заганяти себе в строгі рамки з самого початку і опишемо термін максимально просто: процесом окислення органічних речовин (органіки; це, наприклад, білки, жири та вуглеводи) називається реакція, в результаті якої збільшується обсяг кисню (O2) та зменшується обсяг водню ( H2).
Органічні речовини – це різні хімічні сполуки, які до складу входить (З). Виняток становлять вугільна кислота (H2CO3), карбіди (наприклад, карборунд SiC, цементит Fe3C), карбонати (наприклад, кальцит CaCO3, магнезит MgCO3), оксиди вуглецю, ціаніди (такі як KCN, AgCN). Органічні речовини вступають у взаємодію з найбільш відомим окислювачем, киснем O2, при цьому утворюючи воду H2O та вуглекислий газ CO2.
Процес окислення органічних речовин
Якщо міркувати логічно, то якщо процес повного окислення - це горіння, то процес неповного - це окислення органіки, тому що при такому впливі відбувається не займання речовини, а лише його нагрівання (що супроводжується виділенням певної кількості енергії у вигляді АТФ - аденозинтрифосфату - і теплоти Q ).
Реакція органічного окислення не надто хитромудра, тому її починають розбирати ще на початку курсу хімії, і учні швидко засвоюють інформацію, якщо, звичайно, прикладають хоч якісь зусилля. Ми вже дізналися, що це за процес, і тепер маємо вникнути в саму суть справи. Отже, яким чином протікає реакція і що є?
Окислення органічної речовини – це свого роду перехід, перетворення одного класу сполук на інший. Наприклад, весь процес починається з окислення насиченого вуглеводню та його перетворення на ненасичений, потім отримана речовина окислюється до утворення спирту; спирт, своєю чергою, утворює альдегід, з альдегіду «витікає» карбонова кислота. В результаті всієї процедури ми отримуємо вуглекислий газ (при записі рівняння не забуваємо поставити відповідну стрілочку) та воду.
Це окислювально-відновна реакція, причому у більшості випадків органічна речовина виявляє відновлювальні властивості, а сама окислюється. Для кожного задіяного елемента визначено свою класифікацію – він або відновник, або окислювач, і ми даємо назву, виходячи з результату ОВР.
Здатність органічних речовин до окиснення
Тепер ми знаємо, що в процесі ОВР (окислювально-відновної реакції) беруть участь окислювач, що забирає електрони та має негативний заряд, і відновник, що віддає електрони та має позитивний заряд. Однак, не кожна речовина може вступати в процес, який ми з вами розглядаємо. Щоб було простіше зрозуміти, розглянемо пункти.
Сполуки не окислюються:
- Алкани - інакше називаються парафіни або насичені вуглеводні (наприклад, метан, що має формулу CH4);
- Арени – це ароматичні органічні сполуки. Серед них не окислюється бензол (за ідеєю цю реакцію можна провести, але шляхом декількох довгих кроків; самостійно окислення бензолу не зробити);
- Третичні спирти - це спирт, у якого гідроксогрупа OH зв'язується з третинним атомом вуглецю;
- Фенол - інакше називається карболова кислота і в хімії записується у вигляді формули C6H5OH.
Приклади органічних речовин, здатних до окислення:
- Алкени;
- Алкіни (в результаті ми простежимо утворення альдегіду, карбонової кислоти або кетону);
- Алкадієни (утворюються або багатоатомні спирти, або кислоти);
- Циклоалкани (за наявності каталізатора утворюється дикарбонова кислота);
- Арени (до бензойної кислоти можуть окислюватися будь-які речовини, які мають схожу з бензолом будову, тобто її гомологи);
- Первинні, вторинні спирти;
- Альдегіди (мають здатність окислюватися то карбонов);
- Аміни (при окисленні відбувається утворення однієї або кількох сполук з нітрогрупою NO2).
Окислення органічних речовин у клітині організмів рослин, тварин та людини
Це найбільш важливе питанняне лише для тих людей, які цікавляться хімією. Подібного роду знання повинен мати кожен, щоб сформувати вірне уявлення про різні процеси в природі, про цінність будь-яких речовин у світі і навіть про саму себе – людину.
З курсів шкільної біології ви, напевно, вже знаєте, що окислення органіки грає не останню біологічну рольв організмі людини. В результаті окисно-відновних реакцій відбувається розщеплення БЖУ (білків, жирів, вуглеводів): у клітинах виділяється теплота, АТФ та інші носії енергії, і наше тіло завжди забезпечене достатнім запасом для виконання дій та нормального функціонування систем органів.
Протікання даного процесу сприяє підтримці постійної температури тіла в організмі не тільки людини, але й будь-якої іншої теплокровної тварини, а також допомагає регулювати сталість внутрішнього середовища (це називається гомеостаз), обмін речовин, забезпечує якісну роботу клітин клітин, органів, а також виконує ще безліч необхідні функції.
При фотосинтезі рослинами поглинається шкідливий вуглекислий газ і утворюється кисень, необхідний дихання.
Біологічне окислення органічних речовин може протікати виключно з використанням різних переносників електронів та ферментів (без них цей процес тривав би неймовірно довго).
Роль окислення органіки у промисловості
Якщо говорити про роль окислення органіки у промисловості, це явище застосовується у синтезі, у роботі оцтовокислих бактерій (при неповному органічному окисленні вони утворюють низку нових речовин), а деяких випадках з органікою можливе також виробництво вибухонебезпечних речовин.
Принципи складання рівнянь в органічній хімії
У хімії не обходиться без складання рівняння – це свого роду мова цієї науки, якою можуть говорити всі вчені планети незалежно від національності і розуміти один одного.
Однак найбільші труднощі спричиняє складання рівнянь, коли належить вивчення органічної хімії.
Для розбирання цієї теми потрібно дуже великий проміжок часу, тому тут підібрано лише короткий алгоритм дій для розв'язання ланцюжка рівнянь з деякими поясненнями:
- По-перше, ми відразу дивимося, скільки реакцій протікає в даному процесінумеруємо їх. Також визначаємо класи, назви речовин вихідних речовин і речовин, які у результаті утворюються;
- По-друге, необхідно по черзі виписати всі рівняння та дізнатися тип їх реакцій (з'єднання, розкладання, обмін, заміщення) та умови.
- Після цього можна скласти електронний баланс, а також не забуваємо розставляти коефіцієнти.
Реакції окислення органічних речовин та їх кінцеві продукти освіти
Окислення бензолу
Навіть у найагресивніших умовах бензол не схильний до окислення. Однак гомологи бензолу здатні окислюватися під впливом розчину перманганату калію в нейтральне середовищедо утворення бензоату калію
Якщо змінити нейтральне середовище на кислотне, то гомологи бензолу здатні окислюватися перманганатом або дихроматом калію з підсумковим утворенням бензойної кислоти.
Формула утворення бензойної кислоти
Окислення алкенів
При окисленні алкенів неорганічними окислювачами кінцевими продуктами є звані двоатомні спирти — глікогени. Відновниками даних реакціях є атоми вуглецю.
Наочний приклад є хімічна реакція розчину перманганату калію у зв'язку зі слабким лужним середовищем.
Агресивні умови окислення наводять тому, що вуглецевий ланцюг руйнується по подвійного зв'язкуз підсумковими продуктами освіти як двох кислот. Причому, якщо середовище з підвищеним вмістом лугу утворюється дві солі. Також продуктами внаслідок розпаду ланцюга вуглецю може утворюватися кислота та діоксид вуглецю, а ось в умовах сильного лужного середовища – продуктами окисної реакції виступають солі карбонату.
Алкени здатні окислюватися при зануренні в кислотне середовище дихромату калію за аналогічною схемою, наведеною в перших двох прикладах.
Окислення алкінів
На відміну від алкенів, алкіни окислюються у більш агресивному середовищі. Руйнування вуглецевого ланцюга відбувається по потрійному зв'язку. Загальною властивістю з алкенами є їх відновники від імені атомів вуглецю.
Продуктами реакції на виході є діоксид вуглецю та кислоти. Поміщений перманганат калію в кислотне середовище буде окислювачем.
Продуктами окислення ацетилену, у разі занурення в нейтральне середовище з перманганатом калію, є оксалат калію.
При зміні нейтрального середовища на кислотну реакцію окислення протікає до утворення вуглекислого газу або щавлевої кислоти.
Окислення альдегідів
Альдегіди легко схильні до окислення завдяки їх властивостям бути сильними відновниками. Як окислювач для альдегідів можна виділити як і в попередніх варіантах перманганат калію з дихроматом калію, а також переважно властивих для альдегідів розчин гідроксиддіаміну срібла - OH і гідроксид міді - Cu(OH)2. Важливою умовою для реакції окислення альдегідів є вплив температури.
На відео можна бачити, як визначають присутність альдегідів у реакції з гідроксидом міді.
Альдегіди здатні окислюватися до карбонових кислот під впливом гідроксидідіаміну срібла у вигляді розчину з виділенням солей амонію. Така реакція отримала назву срібного дзеркала.
Далі на відео продемонстрована цікава реакція, яка носить назву «срібне дзеркало». Цей досвід протікає у взаємодії глюкози, яка також є альдегідом, з розчином аміакату срібла.
Окислення спиртів
Продукт окислення спиртів залежить від типу атома вуглецю, з яким пов'язана група OH спирту. Якщо група пов'язана первинним атомом вуглецю, продуктом окислення будуть альдегіди. Якщо OH група у спирту пов'язана з вторинним атомом вуглецю, то продуктом окислення є кетони.
Альдегіди, що у свою чергу утворилися при окисленні спиртів, далі можуть окислюватися до утворення кислот. Це досягається шляхом окислення первинних спиртів дихроматом калію в кислотному середовищі при кипінні альдегіду, які при випаровуванні не встигають окислюватися.
За умови надмірної присутності таких окислювачів, як перманганат калію (KMnO4) та дихромат калію (K2Cr2O7) практично в будь-яких умовах первинні спирти здатні окислюватися з виділенням карбонових кислот, у вторинні спирти у свою чергу — кетонів, приклади реакцій яких з продуктами освіти розглянемо.
Етиленгліколь або так званий двоатомний спирт, залежно від середовища, може окислюватися з утворенням таких продуктів як щавлева кислота або оксалату калію. Якщо етиленгліколь знаходиться в розчині перманганату калію з додаванням кислоти, утворюється щавлева кислота, якщо двоатомний спирт у цьому ж розчині перманганату калію або дихромату калію, але при цьому в нейтральному середовищі, то утворюється оксалат калію. Розглянемо ці реакції.
Ми з'ясували все, що необхідно розуміти спочатку і навіть почали розбирати таку нелегку тему як рішення і складання рівнянь. На закінчення можна сказати, що збалансована практика і часті заняття допоможуть швидше закріпити пройдений матеріал і навчитися вирішувати завдання.
Первинна продукція Землі створюється у клітинах зелених рослин під впливом сонячної енергії, і навіть деякими бактеріями внаслідок хімічних реакцій.
Фотосинтез – це процес утворення органічних речовин з вуглекислого газу та води на світлі за участю фотосинтетичних пігментів (хлорофіл у рослин, бактеріохлорофіл та бактеріородопсин у бактерій).
Засвоювана енергія фотон перетворюється на енергію зв'язків хімічних речовин, що синтезуються при цих процесах.
Основна реакція фотосинтезу може бути записана наступним чином:
де Н 2 Х - "Донор" електронів; Н – водень; X - кисень, сірка або інші відновники (наприклад, сульфобактерії використовують як відновник Н 2 S, інші види бактерій - органічну субстанцію, а більшість зелених рослин, що здійснюють хлорофільну асиміляцію, - кисень).
Типи фотосинтезу:
1. Безхлорофільний фотосинтез.
2. Хлорофільний фотосинтез
а). Аноксигенний фотосинтез. Процес утворення органічних речовин на світлі, у якому немає синтезу молекулярного кисню. Здійснюється пурпуровими та зеленими бактеріями, а також гелікобактеріями.
б). Оксигеннийфотосинтез із виділенням вільного кисню. Оксигенний фотосинтез поширений набагато ширше. Здійснюється рослинами, ціанобактеріями та прохлорофітами.
Основна реакція фотосинтезу, що здійснюється рослинами, може бути записана наступним чином:
Етапи (фази) фотосинтезу:
· Фотофізичний;
· Фотохімічний;
· Хімічний (або біохімічний).
На першому етапі відбувається поглинання квантів світла пігментами, їх перехід у збуджений стан та передача енергії до інших молекул фотосистеми.
На другому етапі відбувається поділ зарядів у реакційному центрі, перенесення електронів по фотосинтетичному електронотранспортному ланцюзі. Відбувається перехід енергії збудженого стану на енергію хімічних зв'язків. Синтезуються АТФ та НАДФН.
На третьому етапі протікають біохімічні реакції синтезу органічних речовин з використанням енергії, накопиченої на світлозалежній стадії утворення цукрів і крохмалю. Реакції біохімічної фази відбуваються за участю ферментів та стимулюються температурою, тому цю фазу назвали термохімічною.
Перші два етапи разом називають світлозалежною стадією фотосинтезу – світловою. Третій етап відбувається вже без обов'язкової участі світла – темновий.
Енергія Сонця використовується в процесі фотосинтезу та накопичується у вигляді хімічних зв'язків у продуктах фотосинтезу, а потім передається як їжа всім іншим живим організмам. Фотосинтезуюча діяльність зелених рослин забезпечує планету органічною речовиною та акумульованою в ньому сонячною енергією – джерелом виникнення та фактором розвитку життя на Землі.
Серед усіх променів сонячного світлазазвичай виділяють промені, які впливають на процес фотосинтезу, прискорюючи або уповільнюючи його протікання. Ці промені прийнято називати фізіологічноактивною радіацією(скорочено ФАР). Найбільш активними серед ФАР є оранжево-червоні (0,65…0,68 мкм), синьо-фіолетові (0,40…0,50 мкм) та близькі ультрафіолетові (0,38…0,40 мкм). Найменше поглинаються жовто-зелені (0,50...0,58 мкм) промені і практично не поглинаються інфрачервоні. Лише далекі інфрачервоні беруть участь у теплообміні рослин, надаючи деякий позитивний вплив, особливо у місцях із низькими температурами.
Синтез органічної речовини може здійснюватись бактеріями як з використанням сонячного світла, так і без нього. Вважають, що саме фотосинтез бактерій був першим етапом розвитку автотрофності.
Бактерії, що використовують для утворення органічної речовини процеси, пов'язані з окисленням сполук сірки та інших елементів, належать до хемосинтетикам.