Химия биогенных элементов. Химия s-Элементов, d-Элементов и p-Элементов

Лекция 14

Химия биогенных элементов

План

14.1 Основы биогеохимии 14.2 Химия s-Элементов 14.3 Химия d-Элементов 14.4 Химия p-Элементов

14.1 Биогеохимия – это наука, изучающая распределение хими-ческих элементов и их миграцию в биосфере.

Одним из основных вопросы биогеохи-мии является вопрос о взаимосвязи живо-го и неживого ве-щества.

Становление биогеохи-мии как науки про-изошло в 30-е годы 20 века. Ее основополож-ником является акаде-мик В.И. Вернадский.

Академик Вернадский– основоположник современ-ных наук о Земле - геохимии, биогеохимии, радиогеологии и др. Он создал учение о биосфере и ее эволюции в ноосферу, в которой человеческий разум становятся мощной силой, сравнимой по своему воздействию на природу с геологическими процессами.

В.И. ВЕРНАДСКИЙ (1863-1945)

Биосфера – это единст-венная область Земли, занятая жизнью. Она включает в себя лито-сферу, гидросферу и атмосферу, состоящую из тропосферы и стратосфе-ры.

Анализируя содержание элемен-тов в земной коре и в живых организмах, Вернадский пришел к выводу, что качественный состав этих объектов близок. Он предполагал, что в живом организме когда-нибудь будут найдены все элементы периоди-ческой системы, обнаруженные в неживой природе.

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов: О, Si, Al, Fе, Са, Na, К, Mg составляют 98 % ее массы.

В живом организме преобладают 6 элемен-тов: С, H, О, N, P, S - на которые при-ходится 97,4 % массы организма.

Все живые вещества в биосфере образуют биомассу, причем человечество сос-тавляет лишь небольшую часть ее. В разных геосферах хи-мические элементы распреде-лены неравномерно.

Массовая доля некоторых элементов в геосферах Земли

Из основных эле-ментов биомассы только кислород и кальций широко представлены в зем-ной коре.

Такие элементы как кремний, алюминий и железо, находящиеся в земной коре в наибольших количествах, в биомассе представлены в невы-соких концентрациях.

Простой взаимосвязи между содержанием элементов в живой и неживой природе не существует.

Согласно теории А.П. Ви-ноградова, живые организмы легко накапливают те химические элементы, которые образуют газы и пары атмосферы или водораст-воримые соединения с главными ионами гидросферы: H+, OH‾, HCO3‾, CO32‾, I‾, SO42‾, PO43‾.

Например: С – макро-элемент, т.к. образуемые им оксиды СО и СО2 – газы; Si – микроэлемент, т.к. SiO2 – нерастворимое в воде твердое вещество.

Можно отметить, что в земной коре преобладают метал-лы, тогда как в живых организмах - неметаллы.

Сравнение химического состава живой и неживой природы можно закончить словами философа Дж. Бернала: " Атомы S, Р и Fe, которые претерпевают большие изменения в неорганическом мире, имеют гла-венствующее значение в биохимии; атомы Si, A1, Na, составляющие большую часть земной коры, играют второстепенную роль в живых организмах".

БИОГЕННЫМИ называются химические элементы в той или иной форме входящие в состав биомассы и выполня-ющие в ней определен-ные жизненные функции.

• К важнейшим биогенным элементам относятся:
• 6 неметаллов-органогенов: C, O, H, N, P, S;
• 10 биометаллов (металлов жизни): Na, K, Mg, Ca (s-элементы) и Fe, Co, Cu, Zn, Mn, Mo (d-элементы).

• По содержанию в биомассе химические элементы делятся на:
• МАКРОЭЛЕМЕНТЫ (более 10‾2%): неметаллы-органогены и Cl, а так же биометаллы, относящиеся к s-блоку;
• МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (10‾3-10‾5%): биометаллы, относящиеся к d-блоку, а так же Ni, Cr, Si, B и др.;
• УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ (менее 10‾5%): Hg, Au и др.

Интересен тот факт, что в подгруппах химических элементов сверху вниз происходит увеличение их токсичности и, как следствие, уменьшение содержания в биомассе.

На степень токсичности химического элемента влияет степень его окисления в соединении. Чем выше степень окисления элемента, тем выше его токсичность.

Так, ионы хрома Сr3+ являются малотоксич-ными, а анионы СrO42- и Cr2O72-, содержащие Cr6+, характеризуются высокой токсичностью.

А.П. Виноградов сформулировал понятие БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ