Презентация на тему: Органические соединения
Органические вещества ландшафтных систем Карпухин А.И. 900igr.net
Органические вещества ландшафтных систем содержат разнообразные функциональные группы, способные образовывать с координационными центрами комплексные соединения. Разнообразие координационных образований обусловлено: многообразием координационных центров; разнообразием лигандного состава; различным сочетанием центров координации лиганд; большим набором функциональных групп в составе координируемых частиц и природой взаимодействия координируемых частиц с центром координации. Природа взаимодействия обусловлена типом связи, которая может быть ковалентной, ионно-ковалентной, ионной, донорно-акцепторной, водородной и за счет межмолекулярного взаимодействия. Исследование большого разнообразия координационных соединений требует сочетания классических и современных физико-химических методов анализа.
Для этих целей рекомендуется система методов: качественные химические реакции; эффект Тиндаля; электрофорез; потенциометрическое титрование; ионный обмен; изотопно-индикаторные методики; гелевая хроматография; инфракрасная спектроскопия.
На основании теоретических обобщений и экспериментальных данных автором предложена классификация координационных соединений почв и сопряженных с ними по ландшафту объектов, такие как растения, почвообразующие породы, нижние слои атмосферы и природные воды.
Классификационная схема комплексных соединений органических веществ с ионами металлов в природных объектах Класс - координационное соединение Подкласс - собственно комплексные соединения Ряды Моноцентральные Дицентральные Полицентральные Тип внешнесферные внутрисферные циклические внутрисферные КПЗ Подтип щелочные металлы щелочно-земельные металлы переходные лантаноиды актиноиды смешанного состава Категории монолигандные дилигандные полилигандные Группы специфические органические неспецифические органические гетеролигандные Подгруппы 1. гуминовые кислоты 2. гиматомелановые кислоты 3. фульвокислоты 4. негидролизуемый остаток 1. карбоновые кислоты а) одноосновные б) двухосновные и т.д. 2. оксикислоты 3. аминокислоты 4. танниды 5. полифенолы 6. гетероциклические 7. пептиды 8. полипептиды 9. белки и др. 1. минеральные со специфическими органическими соединениями 2. минеральные с неспецифическими органическими соединениями 3. минеральные с неспецифическими и специфическими органическими соединениями Виды ненасыщенные насыщенные пересыщенные Разряд жидкие твердые газообразные
Для системного изучения координационных соединений природных объектов необходимо последовательное исследование их природы, состава и свойств набором химических и физико-химических методов. Полное системное изучение комплексов предполагает также определение функциональной нагрузки этого класса химических соединений в процессах превращения вещества и энергии в почвах и других сопряженных с ними по ландшафту объектах. На основании многолетних теоретических обобщений, лабораторных и натурных исследований в полевых условиях сочетанием классических и современных инструментальных методов анализа с использованием радиоактивных изотопов углерод-14, железо-59, марганец-54, кальций-45, цинк-65, кадмий-109 и хлор-36 сформулирована концепция системного изучения координационных соединений почв.
Основные положения этой системы взглядов: установление природы взаимодействия; определение состава и свойств комплексов; изучение миграции и трансформации; установление роли в генезисе почв и питании растений; исследование комплексов при мелиорации; оценка их вклада в охрану почв.
Относительная миграционная способность железа из комплексов Органические лиганды ММ Средний путь миграции железа, см Rf Подзолистая почва Фульвокислоты 4030 6,0 0,286 Фенол 94,1 3,8 0,181 Лимонная кислота 192,1 4,4 0,214 Дерново-подзолистая почва Фульвокислоты 2760 5,9 0,147 Краснозем Фульвокислоты 2400 5,3 0,131 Чернозем Фульвокислоты 1700 3,1 0,075
На основании проведённых многолетних исследований расширены представления, объясняющие влияние естественных ВОВ ФП на рост и развитие растений. Они включают следующие аспекты: Перевод элементов питания в доступное для растений состояние. Влияние на молекулярно-массовое распределение химических элементов в почвенных растворах и питательных смесях. Регулирование поступления в растения органических и минеральных компонентов. ВОВ ФП и их крупные фрагменты поступают в растения и оказывают прямое физиологическое действие. Влияние ВОВ ФП на дыхательную активность почв и растений. Участие ВОВ ФП в фотосинтезе. Осуществление фиксации молекулярного азота.
Поступление железа при разных концентрациях его в растворе Органы растений Подсолнечник Фасоль FeCl3 Железофульват-ные комплексы FeCl3 железофульватные комплексы скорость счета, имп/мин. мг на расте-ние скорость счета, имп/мин. мг на расте-ние скорость счета, имп/мин. мг на расте-ние скорость счета, имп/мин. мг на растение Исходная концентрация в растворе 2,7 . 10-4 мг на 1 мл. Листья 976 1187 698 783 Стебли 952 2,97 . 10-4 1039 3,55 . 10-4 576 2,36 . 10-4 684 2,97 . 10-4 Корни 8099 9737 5834 7438 0,2 мг на 1 мл Листья 566 635 646 703 Стебли 525 0,19 586 0,20 489 0,14 562 0,16 Корни 7389 8032 4565 5579
Доступность подсолнечнику железа, связанного в комплекс некоторыми органическими лигандами Источники органических веществ 1,7 . 10-4 Fe, мг/мл 1,2 . 10-3 Fe, мг/мл скорость счета, имп/100 с. поглощено Fe . 10-2 мг/рас-тение Fe, % от содер-жания в растворе скорость счета, имп/ 100с. поглощено Fe . 10-2 мг/расте-ние Fe, % от соде-ржа-ния в раст-воре Контроль (FeCl3) 3435 6,17 61,7 1699 0,547 78,1 Фульвокислоты почв: подзолистой 4895 8,79 87,9 2035 0,656 93,5 дерново-подзолистой 4810 8,65 86,5 1957 0,631 90,1 чернозема 4649 8,35 83,5 1882 0,607 86,7 краснозема 4610 8,28 82,8 1851 0,596 85,1
Поступление 54Мn из комплексных соединений в надземную массу (числитель) и в корни (знаменатель) кукурузы в условиях водной культуры Показатель МnSО4 (контроль) ФК ФК НТУ ЭДТА ММ 151 380 10000 191 292 рК 2,28 5,48 15,45 7,44 14,07 Активность воздушно-сухого растительного материала, 10-2 мкки/г 102,2+3,1 24,0+0,6 1,7+0,1 7,4+0,2 4,3+0,3 187,8+5,4 44,5+1,4 6,5+0,2 16,0+0,4 10,9+0,4 Поступило, % от внесенного 16,5+0,5 4,1+0,2 0,3+0,1 1,5+0,2 0,5+0,1 16,5+0,4 4,6+0,3 0,6+0,1 1,3+0,2 0,7+0,1 Соотношение удельных активностей корней и надземной массы 1,84+0,3 1,85+0,2 3,82+0,4 2,16+0,3 2,53+0,4 54Мn в надземной массе, % от общего содержания в растении 50,0+2,1 47,2+1,4 31,0+1,1 52,6+2,2 43,5+2,0
Некоторые параметры, характеризующие поступление 54Мn в кукурузу Показатель МnSО4 (контроль) В составе: высушенных растительных остатков свежих растительных остатков комплексных соединений с ЭДТА Коэффициент биологического поглощения Мn: надземной частью через 0,5 мес. 4,3+0,2 3,5+0,3 2,5+0,2 3,6+0,4 1,0 мес. 23,8+1,1 17,9+1,2 21,5+1,9 20,8+2,1 1,5 мес. 24,7+2,3 19,9+1,5 22,9+1,8 22,6+1,7 корнями через 1,5 месяца 8,3+0,7 5,3+0,5 5,6+0,6 5,8+0,7 Соотношение удельных активностей корней и надземной массы 0,16+0,03 0,12+0,02 0,13+0,01 0,12+0,02 Мn в надземной массе, % от общего в растении 84,2+3,1 86,9+4,5 85,9+6,3-8 87,0+6,4 Поступление Мn за 1,5 месяца, % от внесенного: в надземную часть 5,78+0,31 5,03+0,34 5,85+0,27 6,01+0,38 в корневую систему 1,91+0,10 1,68+0,09 1,48+0,12 13,63+0,76 в растение 12,09+0,56 10,66+0,66 11,96+0,73 13,63+0,76
Распределение железа по органам фасоли при внекорневом питании *Лист, на поверхность которого наносили железо, меченое 59Fe. Органы растений FeCl3 Железофульватные комплексы Скорость счета, имп/100 с Fe, 10-3 мг/орган Скорость счета, имп/100 с Fe, 10-3 мг/орган 1-й лист* 7438 190,0 7107 178 Черенок 1-го листа 109 2,7 122 3,1 Нижний лист 65 1,6 161 4,0 Верхний лист 89 2,2 180 4,5 Плоды 102 2,6 152 3,8 Стебель 41 2,3 189 4,7 Корни 24 0,6 48 1,2
А – внесение комплексов в питательный раствор Б – опрыскивание комплексами Изменение сухой массы подсолнечника (1 листья; 2 – стебли; 3 – корни)
Влияние органические вещества на распределение 45Ca в освоенной подзолистой почве, % от общей активности Глубина миграции, см Форма кальция Раствор (CaCl2) Порошок (CaCO3) Кон-троль Органические вещества Кон-троль Органические вещества навоз торф навоз торф опилки Точка внесения 61,6 48,5 21,1 92,5 86,2 85,4 92,1 1 29,2 32,1 39,7 5,0 8,6 9,6 7,0 2 6,9 11,8 27,2 1,4 3,8 2,8 0,4 3 1,8 5,0 9,5 1,1 1,4 1,7 0,5 4 0,5 1,5 2,2 следы следы 0,5 следы 5 фон 0,1 0,7 фон фон следы фон 6 фон 1,0 следы фон фон фон фон 7 фон фон фон фон фон фон фон
Влияние органических веществ на миграционную способность железа Показатели Формы железа окисное закисное ионное ГК ФК фенол ионное ГК ФК фенол Глубина зоны насыщения, см 4,7 4,9 15,1 13,9 5,0 5,1 16,5 14,8 Ширина фронта железа, см 5,5 5,0 19,8 14,8 15,1 14,8 20,4 11,9 Максимальная глубина проникновения, см 10,2 9,9 34,9 28,7 20,1 19,9 36,9 26,7
Некоторые параметры динамики сорбции железа почвой при различном расстоянии между дренами Расстояние между дренами Место внесения Формы желе-за Глубина зоны насыще-ния, см Ширина фрон-та, см Максима-льная глуби-на мигра-ции, см Площадь распре-деле-ния, S, см2 Объем миг-раци, V, см3 12 между дренами Fe3+ Fe2+ 4,0 3,5 4,2 6,9 8,2 10,4 184 295 1038 1384 над дреной Fe3+ Fe2+ 4,3 5,2 4,2 7,4 8,5 12,6 171 289 1100 1183 между дренами Fe3+ Fe2+ 3,8 2,9 4,1 5,8 7,9 87 107 304 837 1029 18 над дреной Fe3+ Fe2+ 3,9 3,3 4,1 6,4 8,0 9,8 165 285 1000 1217 между дренами Fe3+ Fe2+ 3,3 2,4 3,2 4,7 6,5 7,1 74 155 691 749 24 над дреной Fe3+ Fe2+ 3,7 2,8 3,8 5,7 7,5 8,5 99 110 151 678 между дренами Fe3+ Fe2+ 2,4 1,8 2,5 4,5 4,9 6,3 52 63 157 165 30 над дреной Fe3+ Fe2+ 3,8 2,9 3,7 5,6 7,5 8,5 84 95 179 187
Молекулярно-массовое распределение загрязняющих металлов Горизонт Номер фракции Молеку-ляр-ная масса Содержание углеро-да, % от общего Содержание металлов Сумма загрязнителей Zn + Cu мг/г С % от суммы загрязни-телей Лугово-черноземная почва А0 1 79400 30,8 16,5 14,5 87,9 2 22300 69,2 17,7 14,9 84,2 Чернозем выщелоченный А0 1 70800 41,7 14,9 13,8 92,6 2 30200 58,3 18,2 14,9 81,9 А1 1 97700 52,6 29,1 21,7 74,6 2 10900 47,3 55,3 41,3 74,7 Серая лесостепная АО 1 74100 39,1 10,2 8,5 79,2 2 24500 60,9 11,4 10,1 88,6 А1 1 83200 54,5 24,4 18,2 74,6 2 39500 33,6 24,3 15,2 62,6 3 11000 11,9 72,9 54,3 75,5 Светло-серая лесостепная А0 1 85100 36,8 6,8 5,3 77,9 2 20900 63,2 9,2 7,2 78,3 А1 1 91200 55,7 26,9 21,2 78,8 2 25100 34,3 30,0 17,5 58,3 3 15100 10,0 71,4 58,6 82,1
