Азот как биогенный элемент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биологическая роль

 

Азот является элементом, необходимым для существования  животных и растений, он входит в состав белков (16-18% по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Круговорот  азота в природе

 

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям – абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000°C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

 

Однако основная часть  молекулярного азота (около 1,4·108 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать  молекулярный азот могут только небольшое  количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространенных на поверхности Земли): бактерии Azotobacfer и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhiobium, сине-зелёные водоросли Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубнях ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH4+).

 

Этот процесс требует  значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньковых бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий – первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» - глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усвояемой ими форме.

 

Азот в форме аммиака  и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и, в конце концов, попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5-8·107 т/год).

Азот, включенный в ткани  растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов  аммония) и денитрификации – выделению  атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

 

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположным реакциям денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство.

Токсикология  азота и его соединений

 

Сам по себе атмосферный  азот достаточно инертен, чтобы не оказывать  непосредственного влияния на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при  недостатке кислорода); при быстром снижении давления азот вызывает кессонную болезнь.

 

Многие соединения азота  очень активны и нередко токсичны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биологическое значение

 

Жизнь многим обязана  азоту, но и азот, по крайней мере атмосферным своим происхождением обязан не столько Солнцу, сколько жизненным процессам. Поразительно несоответствие между содержанием элемента №7в литосфере (0,01%) и в атмосфере (75,6% по массе или 78,09% по объему). В общем-то, мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом.

 

Между тем ни на других планетах солнечной системы, нив  составе комет или каких-либо других космических объектов свободный  азот не обнаружен. Если его соединения и радикалы -CN*, NH*, NH*, NH*3, а вот азота нет. Правда, в атмосфере Венеры зафиксировано около 2% азота, но эта цифра еще требует подтверждения. Полагают, что и в первичной атмосфере Земли элемента №7 не было. Откуда же тогда он в воздухе?

 

По-видимому, атмосфера  нашей планеты состояла вначале  из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: H2, H2O, CO2, CH4, NH3.

 

Свободный азот если и  входил наружу как продукт вулканической  деятельности, то превращался в аммиак.

Условия для этого  были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры – поверхность Земли еще не остыла. Так что же, значит, сначала азот присутствовал в атмосфере в виде аммиака? Видимо, так. Запомним это обстоятельство.

 

Ну вот возникла жизнь… Владимир Иванович Вернадский утверждал, что «земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни». Именно жизнь запустила удивительнейший механизм фотосинтеза. Один из конечных продуктов этого процесса – свободный кислород ста активно соединяться с аммиаком, высвобождая молекулярный азот:

 

CO2+2H2OgфотосинтезgHCOH+H2O+O2;

 

4NH3+3O2g2N2+6H2O.

 

Кислород и азот, как  известно, в обычных условиях между  собой не реагируют, что и позволило  земному воздуху сохранить «статус  кво» состава. Заметим, что значительная часть аммиака могла раствориться в воде при образовании гидросферы. В наше время основной источник поступления N2 в атмосферу – вулканические газы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жизнь и творчество Азота

 

Жил-был никому не известный  химический элемент. Никто даже не знал, как его зовут. Однажды Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества, увидел, что в колбе остается какой-то «удушливы газ» не поддерживающий дыхания и горения. В 1790 году добрый дядя Шапталь придумал имя этому веществу – Азот.

Получив название, Азот, стал самым распространенным на Земле. Азот стал понтоваться у себя в V группе. И став самым крутым, он решил завоевать все Менделеевку , но ничего у него не выло. Первые пять групп он завоевал, а остальные не получилось. Разочаровавших в своих силах Азот решил пожить спокойно и завести себе подругу. Долго он выбирал спутницу жизни, потому что выбирал по многим критериям: чтоб была так же сильно распространена, как и он; чтоб имела такое же важное значение для жизни людей; чтоб была такой же сильной, а можно даже сильнее. И оставил он свой выбор на Кислороде, которую в народе кликали Кислая. Выбрать то выбрал, но у Кислой тож имелся друг, посильнее Азота – Вован-водород. И решил тогда Азот с помощью своего кореша Мих-Молнии встретиться с Кислой. Договорившись на первый дождливый день. Азот стал ждать встречу с Кислой. И наконец этот день наступил. И вот летят два корефана Миха-молния и Азот. Увидел их Вован и понял, что летят к его возлюбленной. Рассердился он и полетел к Кислой. Подоспел он как раз вовремя. Но это его и погубило: сначала он ничего не понял. В голове его понеслось сразу же много мыслей: «Где это я? Что со мной? Почему я такой тяжелый и жидкий? Где кислая?» Но со временем его голова прояснилась и он подумал : «Наверно со мной произошло то, о чем рассказывала Любовь Николаевна на уроках. Скорее всего я вступил в химическую реакцию или как то так». Но так как Вован плохо учил химию он некогда и не узнал, что стал водой.

В это время Азот и  Кислая стали какими то неразрывными, рыжими и воздушными. «Лисий хвост,» - подумал Азот. «Борода,» - подумала Кислая. Но прийти к более Существенным выводам они не успели, лисий хвост соединился с водой. И получилась Азотная кислота.

С тех пор Вован, Азот и Кислая живут дружной семьёй. Вован и Азотом померились, а Кислая стала уделять одинаковое количество внимания, что Азоту, что Вовану.

После нескольких дней спокойной жизни, уговорил Азот Вована пойти повоевать. Ну пошли они, стали одними из сильнейших мира сего, но был у них один недостаток: боялись света и при виде его начинали трястись от страха и разлагаться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

Для подготовки данной работы были использованы  материалы с сайтов:

 

http://ru.wikipedia.org

http://krugosvet.ru

http://n-t.ru

http://biochem.nm.ru

http://elementy.ru