"Сера, азот, фосфор".
материал по теме

Сера

Распространенность.

Сера встречается как в самородном состоянии, так и в виде многочисленных соединения – солей кислородных кислот  (гипс CaSO4 x 2H2O, мерабелит Na2SO4 x 10 H2O  и др.) , сульфидов (пирит FeS2, галенит PbS, цинковая обманка ZnS и др.).

Мощные залежи серы сосредоточены в вулканических местностях в которых сера является продуктом реакции, связанных с извержением, в частности реакции между  SO2 и H2S.

Круговорот серы. Биологические функции серы.

В почве существуют бактерии (серобактерии), способные ускорять окисление сероводорода с выделением серы. Энергия, освобождающаяся при этом ( 266,7 кдж/г-атом серы), используется бактериями для биохимических синтезов, свободная сера откладывается в теле бактерии и с случае её недостатка сероводорода окисляется кислородом воздуха  серную кислоту. Серная кислота, реагируя с карбонатами, образует сульфаты, частично переходящие в растворенное состояние. Таким путем сульфаты выпадают в воды рек и морей или образуют залежи различных минералов ( например, гипса). Нагревание сульфатов в недрах земли может привести к их восстановлению за счет действия органических веществ и образованию сероводорода. Известны так же и бактерии, способные восстанавливать сульфаты до H2S. Сера, следовательно, снова возвращается  состояние двухзарядного отрицательного иона. Эти превращения представляют химические стадии одного из путей круговорота серы в природе ( в количественном отношении этот круговорот не полон : сульфаты образуются в большем количестве, чем восстанавливаются в сульфиды).  

Сера входит в состав важных аминокислот цистеина, глютатиона и др. Цистеин, являющийся составной частью белковых молекул, содержит группу сульфгидрильную SH.

При окислении этой аминокислоты происходит отщепление водорода от сульфгидрильных групп двух молекул цистеина,  а остатки соединяются, образуя молекулу цистеина,  содержащую дисульфидную связь S – S. Дисульфидные связи очень распространены и играют большую роль в поддержании определенной конфигурации белковых молекул. Переходы от сульфгидрильных связей к дисульфидным обратимы и осуществляются в процессах переноса водорода в клетках. Кроме того, дисульфидные и сульфгидрильные группы способны блокировать свободные радикалы Н+ или ОН-, возникающие при радиационном воздействии на организм из молекул воды. Таким путем осуществляется химическая защита клеток от облучения.

Азот

Азот был открыт учеником известного английского химика  Д. Блэка- Д. Руттерфордом в 1772 г. В том же году азот был выделен из воздуха другим английским ученым Г. Кавендишем и, по-видимому, так же К. Шееле. Название «азот» предложено номенклатурой комиссией Парижской Академии наук. Члены комиссии производили его от греческих слов «а зое» - безжизненный. Слово «Азот» употреблялось  в середине века  для обозначения первичной материи, из которой, как предполагали, состоят металлы. По-видимому, это слово в действительности должно обозначать  «начало и конец» всего сущего и образовано из первых и последних букв трех алфавитов – латинского, греческого и древнееврейского: а-альфа, алеф-зет, омега-то, т.е. «азот» (азот). Латинское название азота – «нитрогениум» (отсюда – название «нитраты», «нитриты», «нитриды») происходит от древних слов «нитрум», «нитрон» обозначавших селитру (иногда и соду).

Получение азота.

Азот является основной составляющей воздуха, поэтому в технике его обычно получают фракционированной перегонкой жидкого воздуха. Азот выделяется при нагревании нитрита аммония:

NH4NO2= N2+2H2O

Этот способ применяется в лабораторных условиях для получения чистого азота. Сравнение плотностей азота из воздуха и азота, полученного химическим путем, позволило обнаружить в составе воздуха аргон и другие инертные газы.

Фосфор

Фосфор впервые получен алхимиком  Брандом в 1669 г . при прокаливании остатка от перегонки мочи. Имеются данные, указывающие, что в XII веке было известно вещество, очень похожее на фосфор. Название «фосфор» значит (по-гречески) «светоносный» ; первых исследователей фосфора особенно удивляла его способность светиться в темноте.

Распространенность фосфора.

Фосфор встречается в виде залежей ортофосфатов. Только в метеоритах найдены фосфиды железа, никеля и кобальта.

Важнейшие фосфатные минералы – апатиты: Са10 (РО4)6 (Cl,F)2 (кальций может быть замещен магнием, натрием, алюминием, а вместо хлора или фтора встречается ОН); фосфориты: Са3(РО4)2 с примесями кальцита, кварца и др.

Биологические функции фосфора

Роль фосфора в жизни клеток и организмов исключительно велика. Фосфор в виде моно-,, ди- и трифосфатных групп входит в активные группы ферментов – переносчиков водорода, в молекулы нуклеиновых кислот и вещества, аккумулирующие энергию процессов обмена. Многие органические молекулы, содержащие фосфор и выполняющие биологические функции, построены по общему структурному типу.

Органические основания – Углевод – Фосфат

Предполагают, что богатый энергией фосфат повышает химическую активность основания.

В биологических системах (в митохондриях клеток) содержатся органические производные – аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), и молекуле которой органическое основание (аденозин)  соединено с трифосфатной группой.

 В цепочке атомов         – Р – О – Р – О – Р – О сосредотачивается большой общий электронный заряд, и поэтому молекула АТФ «заряжена» энергией. Пи гидролизе этого соединения образуется аденозиндифосфатная кислота (АДФ), фосфат (или фосфорная кислота) и выделяется энергия.

Энергия, аккумулированная в молекуле АТФ, получается при переходе электронов от окисляемых в клетках пищевых веществ к кислороду воздуха. За счет этого процесса происходит синтез АТФ из АДФ и фосфата. Организм покрывает свои энергетические расходы  (синтез белка, мышечная работа и т.д.), используя реакцию гидролиза АТФ, в результате которой снова образуется АДФ и освобождается необходимая клетке энергия.

В костной ткани содержатся фосфаты в форме гидроксилопатита 3Са3(РО4)2*Са(ОН)2  и карбонатопатита 3Са3(РО4)2*СаСО3*Н2О.

Растения извлекают фосфор из почвы в виде фосфатов. В клетках растений и животных фосфор образует различные органические соединения. После гибели организмов фосфор с их остатками возвращается в почву. Этот круговорот не может обеспечить достаточного количества фосфора в почве, поэтому сельское хозяйство нуждается в снабжении его фосфорными удобрениями.