Биогенные элементы. Значение для человека. Биогенный элемент аргон железо кислород
Биогенные элементы – углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера
NB! В данном терминологическом справочнике приведены только выборочные термины тезауруса по биологии, которые либо не рассматривались в учебниках Слюсарева и в учебнике под редакцией В.Н. Ярыгина в издании 1984 г., либо которым не было уделено значительного внимания в лекционном курсе. Основная (вся оставшаяся) часть терминов тезауруса здесь не приводится, так как предполагается, что студенты должны ей в полной мере владеть.
Дидактическая единица № 1 - Общая характеристика жизни
Молекулярный состав клетки
| Соединения | |||
| Неорганические | Органические | ||
| Вода Минеральные соли | 70-80% 1,0-1,5% | Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты АТФ, соли и др. вещества | 10-20% 0,2-2,0% 1-5% 1,0-2,0% 0,1-0,5% |
Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001 %) и микроэлементы (содержание менее 0,001 %).
Макроэлементы Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.
Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами (англ. macronutrient). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNOPS, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.
Другие макроэлементы – калий, кальций, магний, натрий, хлор
Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время производители биологически активных добавок стали использовать заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient), под которым объединяют микроэлементы, витамины и некоторые макроэлементы
Ультрамикроэлементы основные – бром, железо, йод, кобальт, марганец, медь, молибден, селен, фтор, хром, цинк.
В процессе усвоения организмом витаминов, микроэлементов и макроэлементов возможен антагонизм (отрицательное взаимодействие) или синергизм (положительное взаимодействие) между разными компонентами.
инозин (Inosine) — это нуклеозид, состоящий из гипоксантина, связанного с остатком рибозы (рибофуранозы) посредством β-N9-гликозидной связи.[1]
Инозин является компонентом тРНК и необходим для трансляции в случае wobble base pairs.
Изучение метаболизма инозина в последние несколько десятков лет привели к открытиям в иммунотерапии. Монофосфат инозина окисляется ферментом инозинмонофосфат дегидрогеназой, образуя монофосфат ксантина, ключевой предшественник в метаболизме пурина.[1]
Аденин превращается в аденозин или IMP, каждый из которых превращается в инозин (I), который комплементарно соединяется с аденином (A), цитозином (C) и урацилом (U).
Фосфорилаза пуриновых нуклеотидов взаимопревращает инозин в гипоксантин
Инозин также является интермедиатом в цепи реакций пуриновых нуклеотидов, необходимых для мышечных сокращений.[2]
Панспермизм - учение о том, что в первоначальном семени уже содержатся реально все последующие поколения.
Протерозойский эон, протерозой (греч. πρότερος — первый, старший, греч. ζωή — жизнь) — геологический эон, охватывающий период от 2500 до 542,0 ± 1,0 млн лет назад.
Протерозойская эра — самая длинная в истории Земли. Примерно через 600 млн лет после начала протерозоя, около 2 млрд лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» — около 1 % от его содержания в атмосфере, современной нам. Ученые считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов.
Палеозо́й (греч. πᾰλαιός — древний, греч. ζωή — жизнь) — геологическая эра древней жизни.
Палеозой начался 542 миллионов лет назад и продолжался около 290 миллионов лет. Именно в палеозой живые организмы вышли на сушу.
Мезозо́й, или мезозойская эра, (от греч. μεσο- — «средний» и ζωον — «животное», «живое существо») — участок времени в геологической истории Земли от 251 млн. до 65 млн. лет назад
Теория катастроф, катастрофизм — система представлений об изменениях живого мира во времени под влиянием событий, приводящих к массовому вымиранию организмов. Теория катастроф, по-видимому, происходит от древних сказаний о потопах. Человеком, разработавшим катастрофизм как цельную гипотезу, был известный французский палеонтолог Жорж Кювье. Основываясь на смене видового состава живых организмов, Кювье пришел к выводу, что в результате крупных катастроф планетного масштаба происходило вымирание живого на значительной части земной поверхности. Восстановление флоры и фауны происходило за счёт видов, пришедших из других небольших локальностей. Сами виды по Кювье — неизменны.
Катастрофизм был развенчан в середине XIX века работами Чарлза Лайелла, который разделял эволюционное учение Дарвина.[источник?] Представления о важной роли катастроф в эволюции живого возродились позже в виде неокатастрофизма.
Теория биопоэза — теория возникновения жизни (биохимической эволюции (Опарин), панспермии.
Панспермия
Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.
Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 году другой вариант - управляемую панспермию, т.е. намеренное "заражение" Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или же просто надеялась произвести терраформирование других планет для будущей колонизации[2]. В пользу своей теории они привели два основных довода - универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден - очень редкий элемент для всей солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащенной молибденом.
Против возражения о том, что теория панспермии (в том числе управляемой) не решает вопрос о зарождении жизни, они выдвинули следующий аргумент: на планетах другого неизвестного нам типа вероятность зарождения жизни изначально может быть намного выше, чем на Земле, например, из-за наличия особенных минералов с высокой каталитической активностью.
В 1981 году Ф.Крик написал книгу "Life itself: its origin and nature", в которой он более подробно, чем в статье, и в популярной форме излагает гипотезу управляемой панспермии.
Полифилия (др.-греч. πολύς — многочисленный и φυλή — семейный клан) — происхождение таксона от разных предков. Полифилетической в биологической систематике называют группу, в отношении которой считается доказанным более близкое родство составляющих её подгрупп с другими группами, не входящими в данную. Её выделение обычно основано на поверхностном сходстве, возникшем конвергентно или параллельно. Соответственно, можно также сказать, что она не включает наиболее близкого общего предка включенных в неё организмов. С точки зрения современной систематики, полифилетические группы не имеют права на существование в системе.
В качестве примера полифилетической группы могут послужить «теплокровные животные» (см. рисунок). У птиц и млекопитающих теплокровность возникает независимо. Группа, в которую можно было бы объединить птиц и млекопитающих на основании теплокровности, не включала бы ближайшего общего предка этих животных.
Следует различать следующие формы эволюции: Филитическая эволюция - постепенная эволюционная перестройка определенной таксономической группы, идущая в определенном направлении (привести примеры). Дивергентнтная эволюция - расхождение единой таксономической группы на несколько в процессе приспособления к разным условиям обитания (привести примеры). Параллелизм - это развитие в одном направлении двух или нескольких первоначально дивергировавших, но генетически близких групп (привести примеры), Конвергенция (привести примеры) - это развитие в одном направлении нескольких генетически неродственных групп, обитающих в сходных условиях (привести примеры).
Перечислить основные правила макроэволюции: Необратимость эволюционного процесса. Чередование главных направлений эволюции. Правило происхождения группы организмов от неспециализированных предков. Правило прогрессирующей специализации. Правило адаптивной радиации.
Правило адаптивной радиации - закон, согласно которому основной ствол развития любой группы организмов сопровождается ее разделением дивергенцией на ряд отдельных дочерних стволов, виды которых осваивают различные экологические условия
Правило усиления интеграции биологических систем.
Это правило сформулировано И. И. Шмальгаузеном в 1961 г. Согласно этому правилу биологические системы в процессе эволюции становятся все более интегрированными, со все более развитыми регуляторными механизмами, обеспечивающими такую интеграцию.
Адаптация
Адаптивная реакция организма - в биологии - процесс приспособления организма и его функций к меняющимся условиям среды. Адаптивная реакция организма определяется врожденной и приобретенной приспособительными реакциями организмов на клеточном, Органном, системном и организменном уровнях.
Дидактическая единица №2 – Онтогенез и антропогенез человека
Антибиоз (греч. anti против + bios жизнь) - термин в 1942 г. предложил американский микробиолог Зельман Абрахам Ваксман (Waksman Selman Abracham, 1888-1973).Обозначает форму взаимоотношений организмов при совместном их существовании в конкретных условиях, когда один организм ограничивает возможности существования другого.
АНЦЕСТРАЛЬНЫЙ ВИД — исходная для данного вида предковая форма; “материнский” вид.
Ауксентичный - рост, идущий путем увеличения размеров клеток. Этот тип роста встречается редко и характерен только для животных с постоянным числом клеток, таких как коловратки, кольчатые черви, личинки насекомых. Этот тип роста нередко связан с полиплоидизацией ядер.
Алланто́ис (от греч. allantoeidēs — колбасовидный) — эмбриональный орган дыхания высших позвоночных животных; зародышевая оболочка, развивающаяся из задней кишки эмбриона. Кроме того, аллантоис участвует в газообмене зародыша с окружающей средой и выделении жидких отходов. Аллантоис, вкупе с другими эмбриональными оболочками — амнионом и хорионом, является определящим признаком высших позвоночных животных — млекопитающих, птиц и рептилий.
У яйцекладущих птиц и рептилий аллантоис развивается вокруг эмбриона вдоль стенок скорлупы. В своём внешнем слое, называемым мезодермой, он создаёт разветвлённую сеть кровеносных сосудов, с помощью которых происходит взаимодействие с внешней средой. У млекопитающих аллантоис образует пуповину, с помощью которой происходит взаимодействие эмбриона с плацентой.
РОСТ АЛЛОМЕТРИЧЕСКИЙ , рост гетерогенный, рост животного, характеризующийся изменением пропорции тела в течение онтогенеза; имеет приспособительное значение и влияет на выживаемость особей и смертность популяций. Напр., Р. а. беспозвоночных, сопровождающийся образованием всевозможных шипов, выростов, колючек, играет огромную защитную роль и сильнее выражен в условиях повышенного пресса хищников. По этой причине, в частности, “вооруженность” в популяциях гидробионтов тропиков, где относительное количество хищников велико, выше, чем в умеренных и приполярных зонах.
Архэнтерон - полость, образуемая на самых ранних стадиях развития эмбриона в результате гаструляции (первичная полость), полость гаструлы, гастроцель, полость первичной кишки зародыша. Образуется в период гаструляции у многих беспозвоночных и хордовых, гаструла которых формируется путём инвагинации. В дальнейшем А. становится полостью кишечника.
Прима́ты (лат. Primates, от лат. primas, родительный падеж primatis) — один из первых (в смысле «высших») отряд плацентарных млекопитающих, включающий, в том числе, обезьян и человека.
Для приматов характерны пятипалые очень подвижные верхние конечности (руки), противопоставление большого пальца остальным (для большинства), ногти. Тело большинства приматов покрыто волосами, а у лемуровых и некоторых широконосых обезьян есть ещё и подшёрсток, из-за чего их волосяной покров можно назвать настоящим мехом. Для многих видов характерны мантии, гривы, бороды, усы и другие «украшения».
studfiles.net
Кислород 2
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов.
Кислород – важнейший элемент. Его химия тесно связана практически со всеми элементами Периодической системы, поскольку с каждым из них кислород образует те или иные соединения. Исключение составляют только легкие инертные газы – гелий, неон, аргон.
Есть и еще одна важная причина. Кислород играет исключительную роль в существовании на Земле жизни и всей человеческой цивилизации. На поверхности планеты – в земной коре – связанный кислород является самым распространенным элементом. В составе минералов, в виде соединений с другими элементами он составляет 47 % от массы земной коры!
В атмосфере Земли кислород находится в свободном (не связанном) состоянии: здесь его 21 % по объему или 23 % по массе. Количество свободного кислорода в атмосфере земного шара оценивается в 1 000 000 000 000 000 с лишним тонн.
Толщина земной атмосферы составляет несколько сотен километров. Разумеется, уже в 100 км от поверхности Земли атмосфера очень разрежена, тем не менее, ее состав определяется с помощью спутников. Если взять глобус диаметром 35 см и представить вокруг него двухсантиметровый слой, то мы получим некоторое понятие о масштабах земной атмосферы. Ее объем составляет более чем 4·1018 м3 . Огромное количество кислорода (86 - 89 % по массе с учетом растворенных в воде солей) содержит гидросфера Земли – моря и океаны.
Кислород обязателен для существования жизни. Если на какой-либо планете будет обнаружен кислород, вода и благоприятный интервал температур, можно утверждать, что там есть условия для жизни.
Кислород – основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70 %). Мышечная ткань человека содержит 16 % кислорода, костная ткань – 28,5 %; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода.
Проблема с кислородообеспечением становится всё более актуальной практически для всех жителей нашей планеты. Особенно остро эта проблема ощущается людьми, живущими в мегаполисе и работающими в офисах, где нехватка кислорода наиболее ощутима и сказывается на общем состоянии организма и эффективности работы. Ведь, постоянное и бесперебойное снабжение организма кислородом – залог здоровья. Кислород необходим, прежде всего, для выработки энергии в клетках, без которой невозможно нормальное функционирование всех без исключения систем организма. Без энергии не работает ни одна клетка, без кислорода невозможна сама жизнь.
8-й элемент Периодической таблицы;
заряд ядра 8;
химический символ – O;
относительная атомная масса (атомный вес) 16.
валентность кислорода в соединениях равна двум;
наиболее распространенная степень окисления -2, есть и −1, 0 ,+1, +2, -½
Молекула кислорода О2 ;
молекулярная масса (молекулярный вес) 32 а.е.м.;
Молярная масса 32 г/моль.
Модификации
Кислород
при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха;
молекула состоит из двух атомов кислорода (формула O2 ), в связи с чем его также называют дикислород;
жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.
Озон
газ, состоящий из трёхатомных молекул O3 ;
при нормальных условиях — газ голубого цвета.
при сжижении превращается в жидкость цвета индиго;
в твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.
Физические свойства
Кислород
немного тяжелее воздуха;
слабо растворяется в воде и спирте;
хорошо растворяется в расплавленном серебре;
при нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы;
не имеет запаха.
Озон
температура кипения — −111,9 °C;
температура плавления — −251,4 °C;
растворимость в воде в 10 раз выше по сравнению с кислородом;
в газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабопарамагнитен;
специфический «металлический» запах.
Химические свойства
Кислород
сильный окислитель, взаимодействует практически со всеми элементами, образуя оксиды;
реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры;
окисляет большинство органических соединений;
окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления;
кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения
Озон
образование озона проходит по обратимой реакции:
3O2 + 68 ккал (285 кДж) ←→ 2O3 ;
молекула О3 неустойчива;
при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут превращается в O2 с выделением тепла;
мощный окислитель;
окисляет почти все металлы до их высших степени окисления;
окисляет многие неметаллы, продуктом реакции в основном является кислород.
mirznanii.com
Биогенные элементы. Значение для человека.
Все вещества на Земле совершают круговороты, которые называются биохимическими циклами. Выделяют обычно два цикла в круговороте биогенных элементов – геологический (или большой) и малый (называемый еще иначе биотическим), который обусловлен постоянной циркуляцией веществ между почвой, микроорганизмами, растительным и животным миром.
Большой круговорот длительный, исчисляется сотнями тысяч или миллионами лет. Горные породы в течение времени разрушаются и выветриваются. Затем, снесённые водными потоками, они оседают на дне Мирового океана. Часть их с осадками и организмами, извлекаемыми человеком из моря, возвращаются на сушу. К тому же, геотектонические изменения в земной коре (такие как поднятие дна моря или опускание материков) тоже возвращают вещества на сушу. После этого круговорот биогенных элементов повторяется вновь.
Биотический круговорот или круговорот биогенных элементов - это уровень живой природы. Вода, углерод, питательные вещества почвы принимают активное участие в жизненных процессах в качестве органического вещества для построения растений и животных. Когда эти организмы погибают, их продукты жизнедеятельности с помощью более простых организмов - редуцентов или восстановителей, разлагаются на неорганические соединения и элементы. И опять всё повторяется: биогенные элементы используются растениями в качестве пищи - так происходит биохимический цикл, который называется круговорот биогенных элементов.
Биогенные элементы - это набор химических элементов, входящих в состав живых организмов и необходимых для их нормальной жизнедеятельности и протекания химических процессов. Нужно отметить, что содержание в биосфере живого вещества исчисляется 100 млрд. тонн. Изменения, которые происходят в верхних слоях земной коры, оказывают воздействие на живые организмы, поэтому их химический состав определяется окружающей средой.
Химия биогенных элементов.
В живом организме обнаруживаются практически все биогенные элементы, встречающиеся в морской воде и земной коре. Весь кислород атмосферы является биогенным.
В живых организмах играет существенную роль кислород, а также водород, кальций, магний, углерод, натрий, железо. Из элементов 70% составляет кислород, 18% углерод, 10% водород. У фосфора, кальция, калия, серы, азота и углерода меньшая миграционная способность, нежели у остальных элементов, входящих в живые организмы.
Пути их поступления в живой организм разнообразны. Но химия биогенных элементов такова, что происходит «биогенной миграции атомов» (биогеохимическая теория) по цепочке: почва и вода, а затем пища и человек - в этом процессе участвуют почти все элементы. Из внешней среды они проникают внутрь живого организма в большей или же в меньшей степени и обеспечивают необходимое биологическое концентрирование элементов для протекания нормальных процессов жизнедеятельности.
Биологически значимые или биогенные элементы подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. Содержание первых в живых организмах составляет более 0,01%, тогда как вторых – менее 0,001%.
Макроэлементы, составляющие плоть живых организмов, поступают извне в организм человека; рекомендуемая доза их потребления - более 200 мг. В организм человека, как правило, макроэлементы поступают с пищей. Микроэлементы, несмотря на их столь малое количество, необходимы живому организму, так как принимают участие в биохимических процессах.
Для хорошего здоровья нужно поддерживать постоянство внутренней среды организма качественным и количественным содержанием химических веществ на физиологическом уровне. Для этого образ жизни должен быть здоровым, а питание – максимально разнообразным и полноценным.
fb.ru
Биогенные элементы - это... Что такое Биогенные элементы?
Табл. 1. — Содержание химических элементов в организмах, в мг на 100 г сухого вещества (ср. данные; по Bowen, 1966)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Химический | Растения | Животные | Бактерии |
| элемент |--------------------------------------------------------------------------------------------------| |
| | морские | Наземные | морские | наземные | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| С | 34500 | 45400 | 40000 | 46500 | 54000 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| O | 47000 | 41000 | 40000 | 18600 | 23000 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| N | 1500 | 3000 | 7500 | 10000 | 9600 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| H | 4100 | 5500 | 5200 | 7000 | 7400 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ca | 1000 | 1800 | 150-2000 | 20-8500 | 510 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mg | 520 | 320 | 500 | 100 | 700 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Na | 3300 | 120 | 400—4800 | 400 | 460 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| K | 5200 | 1400 | 500-3000 | 740 | 11500 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| P | 350 | 230 | 400—1800 | 1700-4400 | 3000 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| S | 1200 | 340 | 500-1900 | 500 | 530 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cl | 470 | 200 | 500-9000 | 280 | 230 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Si | 150-2000 | 20-500 | 7-100 | 12-600 | 18 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Fe | 70 | 14 | 40 | 16 | 25 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cu | 1 | 1,4 | 0,4-5 | 0,24 | 4,2 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Zn | 15 | 10 | 0,6—150 | 16 | — |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cd | 0,04 | 0,06 | 0,015-0,3 | ≤0,05 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Sr | 26-140 | 2,6 | 2—50 | 1,4 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| F | 0,45 | 0,05—4 | 0,2 | 15-50 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Br | 74 | 1,5 | 6-100 | 0,6 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| I | 3—150 | 0,042 | 0,1-15 | 0,043 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mn | 5,3 | 63 | 0,1-6 | 0,02 | 3 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Co | 0,07 | 0.05 | 0,05-0,5 | 0,003 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ni | 0,3 | 0,3 | 0,04-2,5 | 0,08 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cr | 0,1 | 0,023 | 0,02—0,1 | 0,0075 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Мо | 0,045 | 0,09 | 0,06—0,25 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Se | 0,08 | 0,02 | — | 0,17 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| V | 0,2 | 0,16 | 0,014—0,2 | 0,015 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| B | 12 | 5 | 2—5 | 0,05 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Al | 6 | 50(0,05-400) | 1,5 | 0,4—10 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Be | 0,0001 | | — | 0,00003— | |
| | | | | 0,0002 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ba | 3 | 1,4 | 0,02-0,3 | 0,075 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Li | 0,5 | 0,01 | 0,1 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Rb | 0,74 | 2 | 2 | 1,7 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cs | 0,007 | 0,02 | — | 0,0064 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ti | 1,2-8 | 0,1 | 0,02—2 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ga | 0,05 | 0,006 | 0,05 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| As | 3 | 0,02 | 0,0005—0,03 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ag | 0,025 | 0,006 | 0,3—1,1 | 0,0006(?) | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Au | 0,0012 | | 0,00003— | 0,000023(?) | |
| | | 0,0002 | 0,0008 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Hg | 0,003 | 0,0015 | — | 0,0046 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Zr | ≤2 | 0,064 | 0,01-0,1 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Sn | 0,1 | | 0,02-2 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Sb | — | 0,006 | 0,02 | 0,0006 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| La | 1 | 0,0085 | 0,01 | 0,00001 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| W | 0,0035 | 0,007 | 0,00005—0,005 | (?) | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Pb | 0,84 | 0,27 | 0,05 | 0,2 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Bi | — | 0,006 | 0,004-0,03 | 0,0004 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| U | — | 0,0038 | — | 0,0013 | |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Hf | | | — | 0,004 | |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Табл. 2. — Содержание химических элементов в организме млекопитающих
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Содержание | Группы элементов |
| элементов, в % на сухое |---------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| вещество (порядок | I | II | III |
| величин) |---------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | незаменимые | роль мало выяснена | роль неизвестна |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 101 — 100 | О, C, H, N, Ca | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 100 — 10—1 | Р, К, Cl, S, Na | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—1 — 10—2 | Mg | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—2 — 10—3 | Zn, Fe | Sr | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—3 — 10—4 | Cu | Cd, Br | Li, Cs |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—3 — 10—5 | I | F | Sn |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—4 — 10—5 | Mn, V | В, Si | Al, Ba, Cr |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—4 — 10—6 | Mo | | Rb |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—4 — 10—7 | | Be | Ag |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—5 — 10—6 | Co | Ni | Ga, Ce, As, Hg, Pb, Bi, |
| | | | Ti |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—5 — 10—7 | Se | | Sb, U |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—6 — 10—7 | | | Th |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10—11 — 10—12 | | | Ra |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Некоторые другие химические элементы также обнаружены в составе тех или иных организмов, но концентрация их в тканях и органах и их биологическая роль не изучены.
В. В. Ковальский.
dic.academic.ru
Кислород химический элемент
| Атомный номер | 8 |
| Внешний вид простого вещества | газ без цвета, вкуса и запахаголубоватая жидкость(при низких температурах) |
| Атомная масса(молярная масса) | 15,9994 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 60 (48) пм |
| Энергия ионизации(первый электрон) | 1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [He] 2s2 2p4 |
| Ковалентный радиус | 73 пм |
| Радиус иона | 132 (-2e) пм |
| Электроотрицательность(по Полингу) | 3,44 |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | -2, −1, 0 ,+1, +2, -½ |
| Плотность | 0,00142897 г/см³ |
| Молярная теплоёмкость | 29,4 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 0,027 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 54,8 K |
| Теплота плавления | 0,444 кДж/моль |
| Температура кипения | 90,19 K |
| Теплота испарения | 3,4099 кДж/моль кДж/моль |
| Молярный объём | 14,0 см³/моль |
| Структура решётки | моноклинная |
| Параметры решётки | a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å |
| Отношение c/a | — |
| Температура Дебая | 155 K |
| O | 8 |
| 15,9994 | |
| [He]2s22p4 | |
| Кислород | |
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (Oxygenium). Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет.
Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3).
История открытия
Схема атома кислородаОфициально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли первого августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
2HgO (t) → 2Hg + O2↑Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Происхождение названия
Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (l'oxygène), предложенного А. Лавуазье (греческое όξύγενναω от ὀξύς — «кислый» и γενναω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Нахождение в природе
Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 %(по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
Получение
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий. При нагревании перманганат калия KMnO4 разлагается до манганата калия K2MnO4 и диоксида марганца MnO2 с одновременным выделением газообразного кислорода O2:
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н2О2:
2Н2О2 → 2Н2О + О2↑
Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода).
Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
2KClO3 → 2KCl + 3O2↑
Катализатором также выступает MnO2.
Физические свойства
Холодная вода содержит больше растворенного O2При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.
При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.
Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.
Фазовая диаграмма O2Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:
α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° .β-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.γ-О2 — существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å .
Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:δ-О2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония;ζ-О2 давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.
Химические свойства
Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры. Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:4K + O2 → 2K2O2Sr + O2 → 2SrO
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:2NO + O2 → 2NO2
Окисляет большинство органических соединений:Ch4Ch3OH + 3O2 → 2CO2 + 3h3O
При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:Ch4Ch3OH + O2 → Ch4COOH + h3O
Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.
Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.— Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:2Na + O2 → Na2O2
— Некоторые окислы поглощают кислород:2BaO + O2 → 2BaO2
— По принципам горения, разработанным А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется перекись водорода:h3 + O2 → h3O2
Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O2-). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре:Na2O2 + O2 → 2NaO2
Озониды содержат ион O3- со степенью окисления −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:КОН(тв.) + О3 → КО3 + КОН + O2
Ион диоксигенил O2+ имеет степень окисления +1/2. Получают по реакции:PtF6 + O2 → O2PtF6
Фториды кислородаДифторид кислорода, OF2 степень окисления +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + h3O
Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C.
Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения. В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях:O2 и O3 (озон).
Применение кислорода
Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.
В металлургии
Конвертерный способ производства стали связан с применением кислорода.
Сварка и резка металлов
Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.
Ракетное топливо
В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).
В медицине
Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек и т. д.
В пищевой промышленности
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.
Биологическая роль кислорода
Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.
Токсические производные кислорода
Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие как синглетный кислород, перекись водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), перекись водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс.
Изотопы кислорода
Кислород имеет три устойчивых изотопа: 16О, 17О и 18О, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037% и 0,204% от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее легкого из них 16О связано с тем, что ядро атома 16О состоит из 8 протонов и 8 нейтронов. А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.
Имеются радиоактивные изотопы 11О, 13О, 14О (период полураспада 74 сек), 15О (Т1/2=2,1 мин), 19О (Т1/2=29,4 сек), 20О (противоречивые данные по периоду полураспада от 10 мин до 150 лет).
Дополнительная информация
Кислород, Oxygenium, O (8)Открытие кислорода (Oxygen, франц. Oxygene, нем. Sauerstoff) ознаменовало начало современного периода развития химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух, однако многие века процесс горения оставался непонятным. Лишь в XVII в. Майов и Бойль независимо друг от друга высказали мысль, что в воздухе содержится некоторая субстанция, которая поддерживает горение, но эта вполне рациональная гипотеза не получила тогда развития, так как представление о горении, как о процессе соединения горящего тела с некой составной частью воздуха, казалось в то время противоречащим столь очевидному акту, как то, что при горении имеет место разложение горящего тела на элементарные составные части. Именно на этой основе на рубеже XVII в. возникла теория флогистона, созданная Бехером и Шталем. С наступлением химико-аналитического периода развития химии (вторая половина XVIII в.) и возникновением «пневматической химии» — одной из главных ветвей химико-аналитического направления — горение, а также дыхание вновь привлекли к себе внимание исследователей. Открытие различных газов и установление их важной роли в химических процессах явилось одним из главных стимулов для систематических исследований процессов горения веществ, предпринятых Лавуазье. Кислород был открыт в начале 70-х годов XVIII в.
Первое сообщение об этом открытии было сделано Пристлеем на заседании Английского королевского общества в 1775 г. Пристлей, нагревая красную окись ртути большим зажигательным стеклом, получил газ, в котором свеча горела более ярко, чем в обычном воздухе, а тлеющая лучина вспыхивала. Пристлей определил некоторые свойства нового газа и назвал его дефлогистированным воздухом (daphlogisticated air). Однако двумя годами ранее Пристлея (1772) Шееле тоже получал кислород разложением окиси ртути и другими способами. Шееле назвал этот газ огненным воздухом (Feuerluft). Сообщение же о своем открытии Шееле смог сделать лишь в 1777 г. Между тем в 1775 г. Лавуазье выступил перед Парижской академией наук с сообщением, что ему удалось получить «наиболее чистую часть воздуха, который нас окружает», и описал свойства этой части воздуха. Вначале Лавуазье называл этот «воздух» эмпирейным, жизненным (Air empireal, Air vital) основанием жизненного воздуха (Base де l'air vital). Почти одновременное открытие кислорода несколькими учеными в разных странах вызвало споры о приоритете. Особенно настойчиво признания себя первооткрывателем добивался Пристлей. По существу споры эти не окончились до сих пор. Подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения и образования окислов привело Лавуазье к неправильному выводу о том, что этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В 1779 г. Лавуазье в соответствии с этим выводом ввел для кислорода новое название — кислото образующий принцип (principe acidifiant ou principe oxygine). Фигурирующее в этом сложном названии слово oxygine Лавуазье произвел от греч.- кислота и «я произвожу».
www.himsnab-spb.ru
Биогенный элемент - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Биогенный элемент
Cтраница 1
Четвертый важнейший биогенный элемент - азот - в этом отношении кардинально отличается от трех предыдущих. Практически весь азот в составе живых организмов находится в степени окисления - 3, соответствующей аммиаку или иону аммония, и подавляющее большинство жизненно важных биохимических процессов, в которых участвуют азотсодержащие соединения, происходит без изменения степени окисления азота. Исключение составляют лишь некоторые почвенные бактерии, способные превращать ионы аммония в нитраты и нитриты, которые составляют существенную часть запасов азота в почве. В таком виде азот может усваиваться почвенными бактериями и растениями, которые обладают ферментными системами, катализирующими восстановление нитритов и нитратов до аммонийной формы и обеспечивающими тем самым возможность поступления азота в состав аминокислот, нуклеотидов и других классов азотсодержащих веществ, функционирующих в живых организмах. [1]
Важнейшими биогенными элементами являются - кислород ( составляет около 70 % массы организмов), углерод ( 18 %), водород ( 10 %), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий. [2]
Важным биогенным элементом является фосфор. [3]
Основными биогенными элементами, регулирующими развитие бактерио - и фитопланктона в период наиболее интенсивного фотосинтеза являются азот, фосфор и отчасти железо. [4]
Основными биогенными элементами являются углерод, азот, фосфор, кислород, водород, сера. Это компоненты белков, углеводов и жиров, а также нуклеиновых кислот. Такие элементы требуются в значительных количествах ( г / л) и поэтому их называют макроэлементами. К макроэлементам относят также калий, магний, натрий, кальций и железо, которые обычно присутствуют в клетках в виде ионов и выполняют разные роли. Например, К необходим для активности большого числа ферментов, в частности ферментов белкового синтеза; Са2 определяет устойчивость бактериальных эндоспор к нагреванию; Mg стабилизирует рибосомы, многие ферменты и клеточные мембраны; Fe2 и Fe3 являются частью цитохромов и кофакторами электронпереносящих белков. [5]
Определение биогенных элементов колориметрическим методом является надежным и точным, а также не требует введения солевых поправок. [6]
Недостаток биогенных элементов тормозит процесс биохимического окисления; искусственная добавка их стимулирует рост бактерий, а следовательно, и окисление органических веществ. Основными биогенными элементами являются азот, фосфор и калий. [7]
Содержание биогенных элементов в воде невысокое ( NO3 - 6 0 - 12 мг / л, Nh5 - 0 53 - 3 0 мг / л), а фенолов - превышает ПДК в 53 - 55 раз. [8]
Количество биогенных элементов в морях значительно больше, чем в реках, так как реки приносят в моря весь смыв с поверхности суши. [9]
Недостаток биогенных элементов тормозит процесс биохимического окисления; искусственная добавка их стимулирует рост бактерий, а следовательно, и интенсифицирует окисление органических веществ. Длительный недостаток азота при биологической очистке сточных вод приводит также к образованию труднооседающего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников. [10]
Недостаток биогенных элементов тормозит процесс биохимического окисления углеродсодержащего вещества, так как новый прирост микроорганизмов может начаться только после выделения биогенных веществ в среду в результате отмирания микроорганизмов. [11]
Нормирование биогенных элементов зависит от состава сточных вод, степени их использования микроорганизмами. Адаптированные и термофильные культуры микроорганизмов, которые используют большие количества энергии на биокаталитический обмен, требуют больше биогенных элементов. [13]
От биогенных элементов ( фосфатов, солей азотной кислоты, микроэлементов), обеспечивающих развитие фитопланктона, зависит продуктивность водоема. Количество кислорода и углекислоты, величина рН, состав и биохимическое состояние органического вещества, а также компоненты солевого состава ( НСОз, Са, Na и др.) - следствие жизнедеятельности организмов, т.е. результат интенсивности биопродукционных процессов. [14]
Поступление биогенных элементов, особенно таких, как фосфаты и железо из донных отложений в воду зависит от рН среды. Значительная часть фосфора, поступающего в водоем, сорбируется взвешенными в воде твердыми частицами и соединяется с ионами железа и кальция, образуя нерастворимые комплексные соединения. При смешении карбонатного равновесия и повышении рН, что наблюдается в условиях интенсификации биопродукционных процессов, железо из растворенного состояния переходит во взвешенное и подвергается седиментации. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Газы
2.3.4. Газовый состав подземных вод
Природной воды, лишенной растворенных газов не бывает, поскольку в природе нет вакуума.
Обязательной составляющей каждой природной воды являются растворенные газы. Происхождение их может быть связано с атмосферой, процессами дегазации мантии, химическими и биохимическими процессами, происходящими в недрах Земли и на ее поверхности.
Газовый состав природных вод характеризует их генезис, способность взаимодействия с горными породами, время нахождения в недрах Земли. Изучение газового состава природных вод дает исключительно важную информацию при решении многих геологических, гидрогеологических и инженерных задач.
Воздух.
Воздух в подземном пространстве рассматривается как однородная флюидная фаза с такими компонентами, как азот, кислород, аргон и т. п. Сухой атмосферный «чистый» воздух содержит (в %): N2 78,09; О2 20,15; Аr 0,93; СO2 0,03, а также следы других газов.
В зоне аэрации соотношения компонентов воздуха непостоянны. Для нее характерны повышенное (по сравнению с атмосферным воздухом) содержание СO2 (1—5 %) и пониженное O2 (20% до 0%).
Смешанная фаза «воздух» наряду с газообразными частицами (молекулы и атомы) содержит минеральные и органические твердые и жидкие частицы, образующие аэрозоли. В зависимости от типа и величины этих частиц говорят, например, о пыли (взвешенные в воздухе твердые частицы имеют величину порядка 10-6—10-4 м) и о тумане (в воздухе взвешены жидкие частицы). Изучение аэрозолей с точки зрения их миграции в подземном пространстве важно прежде всего для создания подземных газохранилищ, а также при добыче нефти и газа. В качестве мигрантов в зоне аэрации значительную роль могут играть О2, Н2О, СО2, СН4, h3S, Nh4 и др.
Азот (N2).
Содержание азота в атмосфере по объему составляет 78,1 %. Практически почти в любой природной воде имеется растворенный азот. Растворимость азота (при 0 °C и парциальном давлении 0,1 МПа) 23,6 мл/л, или 29,5 мг/л (17 мл/л). В равновесии с воздухом может находиться 29,5 · 0,78 = 23 мг/л азота.
Большая часть азота, растворенного в подземных водах верхних горизонтов, имеет атмосферное происхождение, и его концентрация пропорциональна парциальному давлению газа.
Воздушный азот проникает на глубины в несколько км.
Кроме того, в областях современного вулканизма в газовом составе подземных вод может появиться небольшое количество азота вулканического (мантийного) генезиса.
В нефтегазоносных районах в подземных водах появляется азот биогенного происхождения, связанный с разложением органического вещества нефти. Биогенный азот используют как нефтегазоносный признак.
Отмечено повышение содержания с глубиной, с ростом парциального давления.
Для того, чтобы определить долю азота биогенного или вулканогенного происхождения, часто пользуются коэффициентом Ar · 100/N2, полагая при этом, что весь аргон в газовой составляющей имеет воздушное происхождение.
Для воздуха этот коэффициент равен 1,18 %; для воздуха, растворенного в воде, разница в растворимости аргона и азота изменяет коэффициент на 2,53 %. Если в спонтанном газе Ar · 100/N2<1,18, а в растворенном <2,52, то предполагают, что избыточный азот не воздушного происхождения, чаще всего – биогенного. Расчеты эти приблизительные, так как не учитывается радиогенный аргон.
Кислород (O2).
Объемная доля кислорода в воздухе составляет 20,9 %. Растворимость кислорода (при 0 °C и парциальном давлении 0,1 МПа) 49,2 мл/л, или 70,3 мг/л (34 мл/л). В равновесии с воздухом может находиться 70,3 · 0,209=14,7 мг/л кислорода.
Близкие к этому значения содержания кислорода и характерны для поверхностных и близповерхностных грунтовых вод. Главный источник растворенного в воде кислорода – воздух.
Иногда в поверхностных водоемах под влиянием процессов фотосинтеза происходит пересыщение воды кислородом и его концентрации достигают 50–70 мг/л. Присутствие кислорода в природных водах имеет огромное биологическое и геохимическое значение. Кислород поддерживает существование организмов, населяющих водоемы, и окисляет остатки отмирающих организмов.
В недрах Земли кислород расходуется на окисление органических веществ, железа, сульфидов. Реакции эти часто протекают при участии аэробных бактерий, что приводит к появлению в подземных водах биогенного углекислого газа; к выпадению в осадок окислов и гидроокислов железа, цементирующих горные породы; к формированию мощных зон окисления и вторичного обогащения на сульфидных месторождениях.
В результате активно протекающих в недрах Земли химических реакций кислород быстро расходуется и на глубинах первых сотен метров его содержание обычно не превышает нескольких миллиграммов на литр.
На глубине более 200-300 м в равнинных областях практически отсутствует.
Глубже 1 км кислород обычно исчезает.
Озон. (от др.-греч. ὄζω — пахну) — состоящая из трёхатомных молекул O3 модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.
Впервые озон обнаружил в 1785 г. голландский физик М. ван Марум по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр. Термин озон предложен немецким химиком X.Ф. Шёнбейном в 1840 г., вошёл в словари в конце XIX века.
В воздухе на п-сти 1.1012 см-3 (молекул в куб.см газа). На высоте 15-25 км в 3 раза больше. В полярных широтах до 5.1012 . Это и есть озоновый слой, сформировавшийся в силуре, когда к-во кислорода в атмосфере достигло около 10 % от современного.
Озон образуется под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны менее 180 нм. УФ-свет с большей длиной волны (около 320 нм), наоборот, способствует разложению озона. Поверхности Земли достигают только те ультрафиолетовые лучи, которые не опасны для живых организмов. Когда мы загораем на солнце, на нашу кожу падают "мягкие" ультрафиолетовые лучи, не способные принести вреда здоровью (если загорать в меру).
Атмосферный озон играет важную роль для всего живого на планете. Образуя озоновый слой в стратосфере, он защищает растения и животных от жёсткого ультрафиолетового излучения. Поэтому проблема образования озоновых дыр имеет особое значение.
Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждать растения.
Причины разрушения озонового слоя:
самолеты, ядерные взрывы: N+ O3 –––> NO2 + O2;
NO2 + O –––> NO + O2;
подъем крупных ракет: OH - + O3 –––> HO2 + O2;
HO 2 + O –––> OH- + O2;
фреоны: F-11 – CCl3 F; F-12 – CCl2F2 и др. Сl + O3 –––> ClO + O2
ClO + O –––> Cl + O2
Предполагается, что главная причина "озоновых дыр" – фреоны. Следствия – рак кожи, болезни сетчатки и др. С 50-х до 80-х гг выброс фреонов возрос в 300 раз. Монреальское соглашение 1988 г, ограничивающее выброс фреонов.
Углекислый газ (CO2).
В воздухе: начало века – 0,030 %; семидесятые годы 0,033, теперь около 0,04. То есть, содержание углекислого газа в воздухе невелико.
Растворимость CO2 довольно высокая. При 0 °C и давлении 0,1 МПа составляет 1713 мл/л, или 3350 мг/л. Однако, количество углекислого газа в воде, находящегося в равновесии с воздухом, составит 3350 · 0,00033 = 1,1 мг/л. Воды, находящиеся в соприкосновении с атмосферой, содержат относительно мало углекислого газа.
Подземные воды содержат значительно большее количество углекислого газа. Является обязательным компонентом большинства природных вод.
Повсеместно протекающие процессы окисления органического вещества, сульфатредукции, продуцируют углекислый газ, содержание которого в почвенном воздухе составляет обычно десятые доли процента и даже первые проценты. Соответственно увеличивается и содержание углекислого газа в грунтовых водах, составляющее обычно от 20–30 до 200–300 мг/л.
Этот углекислый газ, прежде всего, расходуется на выщелачивание карбонатных солей и выветривание силикатных пород и формирует огромную массу пресных гидрокарбонатных вод зоны интенсивного водообмена. Резкое уменьшение концентраций углекислого газа в водах этой зоны возможно лишь в поверхностных водоемах в период интенсивного протекания фотосинтеза.
Другим мощным источником углекислоты в недрах являются процессы термального метаморфизма горных пород. На всех стадиях протекания термального метаморфизма происходят физико-химические процессы, продуцирующие углекислоту. Реакции эти протекают при температурах от 100 до 800–1100 °C и давлениях от 100–200 до 1000–1500 МПа. Выделяющийся в процессе метаморфизма углекислый газ поднимается по зонам тектонических нарушений к поверхности и, смешиваясь с подземными водами различного генезиса, формирует широкую гамму углекислых вод, химический состав которых может быть очень разным в зависимости от конкретной гидрогеологической ситуации.
Травертин - (синоним — известковый туф) — легкая пористая (ячеистая) порода, образовавшаяся в результате осаждения карбоната кальция из горячих или холодных углекислых источников. Часто содержит отпечатки растений и различных органических остатков
Концентрация углекислого газа в таких водах зависит от его парциального давления и температуры и обычно составляет 1–3 г/л, в редких случаях достигает 15–20 г/л.
Наиболее известные примеры углекислых источников – Боржоми, Ессентуки, Кисловодские нарзаны на Кавказе.
Аргон (Ar).
Является постоянной составляющей газового состава природных вод. Содержание аргона в воздухе по объему составляет 0,93 %. Растворимость аргона при 0 °С и давлении 0,1 МПа составляет 57,8 мл/л, или 107,8 мг/л, т. е. того же порядка, что и остальных главных составляющих атмосферы (азота и кислорода).
Вода, находящаяся в равновесии с воздухом, содержит около 0,96 мг/л аргона.
Соотношения, изотопов аргона, в воздухе: 36Ar; 38Аr; 40Ar : 0,337; 0,063; 99,600 %. 40Ar / 36Ar = 295,6.
Поскольку аргон как благородный газ не вступает в реакции с горными породами, его содержание в воздухе принято использовать как показатель доли атмосферного газа в газовой составляющей природных вод.
40Ar радиог. = 40Ar - 40Ar возд.
Содержание радиогенного аргона в источниках Камчатки в 1/3 проб 3-10%. Нефтяные газы Ферганы – 100-120 ppm. Источники накопления радиогенного аргона – мантия, радиоактивный распад.
Использование – индикатор воздушной составляющей (Ar/N2; He/Ar)
Изменение соотношения изотопов аргона в воде используется при прогнозе землетрясений.
Гелий (He).
Это один из самых распространенных во Вселенной газов, составляющий 23 % от общей массы звезд, планетарных туманностей и межзвездного газа. На Земле распространенность гелия ниже на 10 порядков. Содержание гелия в воздухе невелико и объемная доля составляет 5,24 · 10-4 % (~0,0005 %).
Растворимость гелия при 0 °C и давлении 0,1 МПа 9,7 мл/л, или 1,73 мг/л. В нормальных условиях 7 мг/л. Относительно малая распространенность гелия на Земле объясняется его диссипацией, в особенности в начальный период формирования нашей планеты.
Гелий как индикатор возраста и генезиса воды
He/Ar для воздуха около 0,0005. Накопление – радиоактивный распад калийсодержащих минералов.
Отсюда гелий-аргоновый метод определения возраста подземных вод. Для "древних" вод содержание гелия может достигать первых процентов. Много "помех", затрудняющих использование гелий-аргонового метода, связанных с другими источниками поступления гелия. На урановых месторождениях содержание гелия может быть очень высоким. Золото-урановое месторождение Витватерсранд (Ю.Африка) – 13,5 %.
Гелий имеет два стабильных изотопа – 3He и 4He, причем содержание тяжелого изотопа всегда на несколько порядков выше. Для первичного (мантийного) гелия отношение 3He/4He составляет примерно 10-4. Гелий, образующийся в результате радиоактивного распада урана и тория в литосфере, характеризуется 3He/4He = 10-8.
Отношения 3He/4He для природных вод находятся в промежутке между этими значениями и являются генетическим признаком, помогающим исследовать происхождение тех или иных их разновидностей.
Водород (h3).
Водород – самый распространенный элемент Вселенной. В земных условиях водород распространен прежде всего в виде соединения с кислородом – воды, а газ h3 присутствует только на значительных глубинах. В воздухе 10-4 %.
Растворимость водорода близка к растворимости азота и составляет при 0 °C и давлении 0,1 МПа 21,5 мл/л (1,9 мг/л). Водород может продуцироваться в недрах Земли в восстановительной обстановке. Значительные содержания водорода могут встречаться в водах современных океанических рифтов. Здесь под влиянием мантийных расплавов могут формироваться парогидротермы, в газовом составе которых объемные содержания водорода могут достигать нескольких десятков процентов. Установлено, что под влиянием процессов серпентинизации ультраосновных (мантийных) пород в гидротермальных системах Срединно-Атлантического хребта продуцируется водород и метан.
6 ((Mg1.5Fe0.5)SiO4)+7h3O=3(Mg3Si2O5(OH)4)+Fe3O4+h3
CO2+4h3=Ch5+2h3O
Наиболее яркие проявления таких вод описаны для современной рифтовой зоны Исландии ("водородные" термы, до 32 % водорода).
Газовые включения в минералах.
Верхнекамское калийное м-ие, карналлит: 19 % водорода, 31,6 % метана.
Алмазы Якутии: 22 % водорода, 64,6 % метана.
studfiles.net
