U kojim organima dolazi do stvaranja organskih tvari? Oksidacija organskih supstanci i jedinjenja: reakcioni proces i konačni produkti formiranja

U uslovima savremene Zemlje, prirodno formiranje organskih jedinjenja iz neorganskih praktično se ne dešava. Štaviše, pojava žive organske materije je nemoguća. Što se tiče rane Zemlje, uslovi na njoj bili su potpuno drugačiji. Reducirajuća atmosfera s visokom koncentracijom vodika, metana i amonijaka, intenzivno ultraljubičasto zračenje Sunca, koje takva atmosfera ne apsorbira, i snažna električna pražnjenja u atmosferi stvorili su potrebne i, po svemu sudeći, dovoljne uvjete za stvaranje organskih spojeva. . Zaista, laboratorijski eksperimenti izvedeni u uvjetima koji simuliraju pretpostavljenu atmosferu rane Zemlje proizveli su brojna organska jedinjenja, uključujući aminokiseline koje su dio živih proteina.

Nedostatak kiseonika u atmosferi bio je neophodan uslov za spontanu sintezu organske materije. Međutim, sa stanovišta kasnijih transformacija, ovaj faktor se pokazao destruktivnim. Zapravo, atmosfera lišena kisika gotovo slobodno prenosi snažno ultraljubičasto zračenje (atmosfera moderne Zemlje ima ozonski omotač koji je nastao zajedno s komponentom kisika, koja apsorbira ovo zračenje). Zračenje, dajući energiju za hemijske reakcije sinteze organskih jedinjenja, u isto vreme ima tendenciju da ih odmah uništi. Stoga su biopolimeri, lipidi i ugljovodonici nastali u atmosferi, čim su se pojavili, osuđeni na propast. Da ne bi umrli, morali su se sakriti od štetnog djelovanja sunčevog ultraljubičastog zračenja. Vjeruje se da su neka od ovih organskih spojeva izbjegla uništenje ulaskom u vodeno okruženje primarnih rezervoara.

Ovdje su, u vodenom okruženju, organska jedinjenja ulazila u različite kemijske reakcije, među kojima su prednost iskoristile reakcije koje su dovele do samorazvoja najaktivnijih katalizatora. Priroda je vrlo striktno slijedila prirodnu selekciju cikličkih reakcija koje su sposobne da se samoodrže, uključujući i energiju koja se oslobađa tijekom reakcije. Problem snabdijevanja energijom evolucijskih reakcija, posebno reakcija polimerizacije (kombinacija molekula istog tipa - monomera u makromolekule) čini se najvažnijim u ovoj fazi evolucije, budući da vodena sredina malo doprinosi aktivaciji kemijskih tvari. reakcije. Zato bi samo visokoenergetske reakcije koje uključuju posebno efikasne, samorazvijajuće katalizatore mogle „preživjeti“.

Došao je jedan od ključnih trenutaka razvoja. Pretpostavimo da su hemijske reakcije neophodne za prelazak u bioevoluciju nastale i stekle svojstvo samoodrživosti. Za njihovo očuvanje (i, naravno, dalji razvoj), odgovarajući volumeni moraju biti na neki način izolirani od neorganiziranog okruženja, bez gubitka sposobnosti da s njim razmjenjuju materiju i energiju. Istovremeno ispunjenje ova dva, na prvi pogled, nespojiva uslova bilo je obavezno da bi hemijska evolucija dostigla kvalitativno novi nivo.

Ova prilika je pronađena zbog formiranja posebnih struktura iz lipida - membranske školjke . Rezultati savremenih laboratorijskih eksperimenata daju povoda za vjerovanje da pri određenoj koncentraciji lipida u vodi i vanjskim uvjetima koji simuliraju stanje atmosfere i hidrosfere tadašnje Zemlje dolazi do karakterističnog procesa samoorganizacije, koji dovodi do samosastavljanje lipidnih ljuski sa membranskim svojstvima.

Nadalje, nije teško pretpostaviti da su se procesi selekcije cikličkih katalitičkih reakcija i samosastavljanja lipidnih ljuski poklopili u vremenu i prostoru. Tako su se mogle pojaviti prirodne formacije, izolirane od destruktivnog utjecaja okoline, ali povezane s njim metabolizmom. Samoodržive reakcije su počele da se dešavaju u nekoj vrsti reaktora, koji pomaže u održavanju značajne neravnoteže biopolimernog sistema koji se nalazi u njemu. Sada je položaj kemijskih reagensa postao uredan, procesi adsorpcije na ljusci doprinijeli su povećanju njihove koncentracije, a time i aktivaciji katalitičkog efekta. U stvari, to se i dogodilo prelazak sa hemijskih smeša na organizovane sisteme prilagođene daljem uzlaznom razvoju.

Razmatra se i niz drugih modela koji dovode do sličnog važnog, ali još uvijek međudogađaja na putu prelaska u biološku evoluciju. Jedan od njih razmatra procese povezane sa formiranjem početnih organskih spojeva u atmosferi, pod pretpostavkom da je rana Zemlja sa svojom razrijeđenom redukcijom atmosfere bila hladno tijelo s temperaturom od -50°C. Bitna tačka ovog modela je pretpostavka da je atmosfera u ovim uslovima bila jonizovana, odnosno da je bila u stanju hladne plazme. Ova plazma se smatra glavnim izvorom energije za reakcije hemijske evolucije. Pretpostavkom o niskoj temperaturi objašnjava se očuvanje biopolimera nastalih u atmosferi: smrzavajući, padali su na Zemljin ledeni pokrivač i čuvali se u ovom prirodnom frižideru „do boljih vremena“. U tom obliku ultraljubičasto zračenje i snažna električna pražnjenja za njih više nisu bili toliko opasni.

Dalje se pretpostavlja da su “bolja vremena” došla s intenziviranjem tektonske aktivnosti i početkom masivnih vulkanskih erupcija. Oslobađanje produkata vulkanske aktivnosti u atmosferu dovelo je do njenog zbijanja i pomjeranja granice ionizacije u više slojeve. Promjenom temperaturnih uvjeta, ledeni pokrivač se prirodno otopio, formirali su se primarni rezervoari u kojima su nakon odmrzavanja dugo vremena akumulirani biopolimeri, lipidi i ugljovodonici počeli aktivno kemijsko djelovanje. Stoga se može govoriti o njihovoj visokoj koncentraciji u "primordijalni bujon"(kako se često naziva nastala supstanca), što je bio još jedan pozitivan faktor sa stanovišta intenziviranja hemijske evolucije.

Ponovljeni eksperimenti su potvrdili da lipidi tokom odmrzavanja zapravo demonstriraju samosastavljanje, formirajući mikrosfere prečnika desetina mikrometara. Nije važno kako će biopolimeri završiti u njima - da li prodiru kroz membranski sloj ili ih lipidna ljuska postepeno obavija. Važno je da bi u volumenu okruženom membranskom školjkom mogla započeti nova faza evolucije - prijelaz s kemijskih reakcija na biokemijske.

Što se tiče odlučujućeg trenutka - prijelaza u najjednostavniju ćeliju, on se može smatrati rezultatom skoka koji je karakterističan za samoorganizaciju materije. Da bi se pripremili za ovaj skok, u procesu hemijske evolucije moralo se pojaviti još nekoliko struktura koje su bile sposobne da obavljaju funkcije neophodne za protoćeliju. Razmatraju se takvi strukturni fragmenti frakcije , osiguravajući prijenos nabijenih čestica, što je neophodno za transport materije. Druge grupe moraju da obezbede snabdevanje energijom - to su uglavnom molekuli jedinjenja koja sadrže fosfor (sistem ADP-ATP). Konačno, potrebno je formirati polimerne strukture kao što su DNK i RNK, čija je glavna funkcija da služe katalitičku matricu za samoreprodukciju.

Ne treba zanemariti još jednu ključnu tačku koja se odnosi na narušavanje izomerne simetrije. Kako je došlo do izbora u korist ljevoruke organske tvari može se samo nagađati, ali činjenica da je ova fluktuacija neposredno prethodila nastanku života čini se potpuno prirodnom. Može se pretpostaviti da je biološka evolucija "pokrenuta" pojavom ljevoruke protoćelije.

Federalna agencija za obrazovanje

Državna obrazovna ustanova

Novgorodski državni univerzitet nazvan po. Jaroslav Mudri

Prirodno-matematički fakultet

Katedra za hemiju i ekologiju

formiranje i potrošnja organske tvari od strane biljaka

Zbirka smjernica

Velikiy Novgorod

Formiranje i potrošnja organskih tvari u biljkama: Zbirka smjernica za laboratorijski rad / Sastavio Kuzmina I. A. - NovSU, Veliki Novgorod, 2007. - 12 str.

Smjernice su namijenjene studentima specijalnosti 020801.65 – „Ekologija“ i svim studentima koji studiraju „Opšta ekologija“.

Za formiranje organske materije - osnove biljne biomase na Zemlji - potrebni su atmosferski ugljični dioksid i voda, kao i minerali tla. Koristeći svjetlost određene valne dužine, ugljični dioksid se fiksira u biljkama tokom fotosinteze. Kao rezultat, kisik se oslobađa u atmosferu, koji nastaje tokom fotolize vode. Ovo je prva faza biohemijskog ciklusa ugljenika.

Količina energije pohranjene na Zemlji putem fotosinteze je ogromna. Svake godine, kao rezultat fotosinteze zelenih biljaka, nastaje 100 milijardi tona organskih tvari koje sadrže oko 450-1015 kcal sunčeve energije pretvorene u energiju kemijskih veza. Ovi procesi su praćeni fenomenima tako velikih razmjera kao što su biljke asimilacije oko 170 milijardi tona ugljičnog dioksida, fotohemijsko razlaganje oko 130 milijardi tona vode, iz koje se oslobađa 115 milijardi tona slobodnog kisika.

Kiseonik je osnova života za sva živa bića koja ga koriste za oksidaciju raznih organskih jedinjenja tokom procesa disanja; izdvaja CO2. Ovo je druga faza biohemijskog ciklusa ugljika, povezana sa funkcijom ugljičnog dioksida živih organizama. U ovom slučaju, oslobađanje kisika u prvoj fazi je otprilike za red veličine veće od njegove apsorpcije u drugoj fazi, zbog čega se tijekom funkcioniranja zelenih biljaka kisik akumulira u atmosferi.

Energija vezana autotrofima u procesu fotosinteze potom se troši na vitalnu aktivnost različitih heterotrofa, uključujući i čovjeka, djelomično se pretvarajući u toplinsku energiju i pohranjuje se u niz komponenti koje čine biosferu (biljke i tlo). U kopnenim biomima, ugljenik tokom fotosinteze najjače se izdvaja šumama (-11 milijardi tona godišnje), zatim obradivim zemljištem (-4 milijarde tona), stepama (-1,1 milijardi tona), pustinjama (-0,2 milijarde tona). Ali najviše ugljika vezuje Svjetski ocean, koji zauzima oko 70% Zemljine površine (127 milijardi tona godišnje).

Nastale organske tvari autotrofa ulaze u lance ishrane različitih heterotrofa i, prolazeći kroz njih, transformiraju se, gube masu i energiju (piramide mase, energija), a potonja se troši na vitalne procese svih organizama koji su uključeni kao veze. u lancima ishrane, odlazi u svetski prostor u obliku toplotne energije.

Organska materija različitih živih organizama, nakon što umru, postaje vlasništvo (hrana) heterotrofnih mikroorganizama. Mikroorganizmi razgrađuju organsku materiju kroz procese hranjenja, disanja i fermentacije. Kada se ugljikohidrati razgrađuju, nastaje ugljični dioksid koji se oslobađa u atmosferu iz zemaljskih razloženih organskih tvari, kao i iz tla. Razgradnjom proteina nastaje amonijak koji se djelomično oslobađa u atmosferu, a uglavnom se procesom nitrifikacije nadopunjuje zalihe dušika u tlu.

Dio organske materije se ne razgrađuje, već formira „rezervni fond“. U pretpovijesno doba tako su nastajali ugalj, plin, škriljci, a danas - treset i humus.

Svi navedeni procesi predstavljaju najvažnije faze i faze biohemijskih ciklusa (ugljenik, kiseonik, azot, fosfor, sumpor itd.). Dakle, živa materija u procesu svog metabolizma obezbeđuje stabilnost postojanja biosfere sa određenim sastavom vazduha, vode, tla, a bez ljudske intervencije ova homeostaza Zemljinog ekosistema bi se održavala u nedogled.

2 Sigurnosni zahtjevi

Eksperimenti se izvode striktno u skladu sa metodološkim uputstvima. Prilikom izvođenja radova treba se pridržavati opštih sigurnosnih propisa za hemijske laboratorije. Ako reagensi dođu u kontakt s kožom ili odjećom, zahvaćeno područje treba brzo isprati s puno vode.

3 Eksperimentalni dio

Rad br. 1. Određivanje formiranja organske materije u listovima biljaka tokom fotosinteze (na osnovu sadržaja ugljenika)

Fotosinteza je glavni proces akumulacije materije i energije na Zemlji, kao rezultat toga CO2 I H2O nastaju organske supstance (glukoza u ovoj formuli):

6SO2 + 6N2O + svjetlosna energija → S6N12O6+ 602t

Jedan od načina mjerenja intenziteta fotosinteze je određivanje formiranja organske tvari u biljkama prema sadržaju ugljika, što se uzima u obzir metodom mokrog sagorijevanja razvijenom za tla i modificiranom za drvenaste biljke od strane F. 3. Borodulina.

U uzorku listova određuje se sadržaj ugljika, zatim se listovi izlažu svjetlu 2-3 sata ili više i ponovo se utvrđuje sadržaj ugljika. Razlika između drugog i prvog određivanja, izražena po jedinici površine lista u jedinici vremena, ukazuje na količinu formirane organske tvari.

Tokom procesa sagorevanja, ugljenik u listovima se oksidira sa 0,4 N rastvorom kalijum dihromata u sumpornoj kiselini. Reakcija se odvija prema sljedećoj jednadžbi:

2K2Cr2O7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3SO2

Neutrošena količina kalijevog bihromata određuje se povratnom titracijom sa 0,2 N otopinom Mohrove soli:

6FeSO4 ∙ (NH4)2SO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 =

Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O

Kao indikator koristi se bezbojna otopina difenilamina, koja nakon oksidacije prelazi u plavo-ljubičastu difenilbenzidin ljubičastu. Kalijev dihromat oksidira difenilamin i smjesa dobiva crveno-smeđu boju. Kada se titrira Mohrovom soli, heksavalentni hrom se redukuje u trovalentni hrom. Kao rezultat, boja otopine postaje plava, a pred kraj titracije postaje plavo-ljubičasta. Kada se hrom titrira, naknadno dodavanje Mohrove soli uzrokuje da se oksidirani oblik indikatora transformiše u redukovani (bezbojan); Pojavljuje se zelena boja, koju otopini daju trovalentni joni hroma. Jasnu tranziciju plavo-ljubičaste boje u zelenu ometaju ioni feri gvožđa koji se pojavljuju tokom reakcije. Da bi završetak titracione reakcije bio jasniji, ona se izvodi u prisustvu ortofosforne kiseline, koja veže ione Fe3+ u bezbojni kompleksni ion 3 i štiti difenilamin od oksidacije.

Oprema, reagensi, materijali:

1) tikvice od 250 ml; 2) konusne tikvice otporne na toplotu od 100 ml; 3) mali stakleni lijevci koji se koriste kao refluks kondenzatori; 4) birete; 5) 0,4 N rastvor kalijum dihromata (u razblaženoj sumpornoj kiselini (1:1)); 6) 0,2 N rastvora Mohrove soli; 7) difenilamin; 8) 85% fosforne kiseline; 9) čepna bušilica ili drugi uređaj za izbijanje diskova prečnika 1 cm; 10) graduirani cilindar; 11) vegetativne biljke sa simetričnim širokim i tankim listovima (geranijum, fuksija, listovi drvenastih biljaka).

Napredak

List vegetativne biljke podijeljen je na dvije polovice duž glavne žile i na jednom su izrezana 3 diska promjera 1 cm bušilicom za pluto, postavljena na dno konusne tikvice otporne na toplinu zapremine od 100 ml, u koji se sipa 10 ml 0,4 N rastvora K2Cr2O7. . Tikvica se zatvara malim lijevkom s izljevom prema dolje i stavlja na električni štednjak sa zatvorenom spiralom u dimovodu. Kada rastvor proključa, lagano prokuhajte 5 minuta, ponekad lagano protresite bocu kružnim pokretima tako da diskovi budu dobro prekriveni tečnošću. Na vrh tikvice (bez vrata) stavlja se kaiš od više slojeva debelog papira, koji će spriječiti opekotine na rukama prilikom miješanja sadržaja tikvice i preuređenja.

Zatim se tikvica skine sa vatre, stavi na keramičku pločicu i ohladi. Tečnost treba da bude braonkaste boje. Ako je njegova boja zelenkasta, to ukazuje na nedovoljnu količinu kalijevog bihromata uzetog za oksidaciju organske tvari. U tom slučaju, određivanje se mora ponoviti sa više reagensa ili manje rezova.

U ohlađenu otopinu dodaje se 150 ml destilovane vode u malim porcijama u nekoliko faza, zatim se ova tekućina postepeno sipa u tikvicu od 250 ml u koju se dodaje 3 ml 85% ortofosforne kiseline i 10 kapi difenilamina. Promućkati sadržaj i titrirati sa 0,2 N otopine Mohrove soli.

Istovremeno se vrši kontrolno određivanje (bez biljnog materijala), pažljivo posmatrajući sve gore navedene radnje. Mohrova sol relativno brzo gubi titar, tako da se otopina mora periodično provjeravati prije početka određivanja.

Količina ugljika organske tvari sadržana u 1 dm2 površine lista izračunava se po formuli:

a je količina Mohrove soli u ml koja se koristi za titraciju kontrolne otopine;

b je količina Mohrove soli u ml koja se koristi za titraciju eksperimentalne otopine;

k - korekcija titra Mohrove soli;

0,6 - miligrama ugljika koji odgovara 1 ml tačno 0,2 N otopine Mohrove soli;

S - površina reznica, cm2.

Šema snimanja rezultata

Primjer izračunavanja količine ugljika:

1. Na početku eksperimenta:

a = 19 ml, b = 9 ml, k = 1, S = πr2∙3 = (3,14 ∙ 12) ∙ 3 = 9,4 cm2

Vodik" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">vodonik isparava u obliku ugljičnog dioksida, vode i dušikovih oksida. Preostali neisparljivi ostatak (pepeo) sadrži elemente zvane pepeo. Razlika između masa cijelog suhog uzorka i Ostatak pepela je masa organske tvari.

1) analitičke ili precizne tehnohemijske vage; 2) muflna peć; 3) klešta za lončiće; 4) električni šporet sa zatvorenom spiralom; 5) porcelanske lončiće ili čaše za isparavanje; 6) igle za seciranje; 7) eksikator; 8) alkohol; 9) destilovana voda; 10) kalcijum hlorid; 11) strugotine, drobljena kora, lišće, humusno zemljište, osušeno do apsolutno suve mase.

Napredak

Suhi i zdrobljeni uzorci drveta, kore, lišća, kao i zemlje (3-6 g ili više), odabrani metodom prosječnog uzorka, izvagaju se do 0,01 g na paus papiru. Stavljaju se u kalcinirane i izvagane porculanske lončiće ili posude za isparavanje (prečnika 5-7 cm), napunjene 1% otopinom željeznog hlorida, koji pri zagrijavanju posmeđi i ne nestaje pri zagrijavanju. Lonci sa organskom materijom stavljaju se na zagrijani električni šporet u napu i zagrijavaju do ugljenisanja i nestanka crnog dima. Osim toga, ako postoji veća količina biljnog materijala, može se dopuniti iz prethodno izvaganog uzorka.

Zatim se lončići stavljaju u muflnu peć na temperaturi od 400-450 ° C i spaljuju još 20-25 minuta dok pepeo ne postane sivo-bijel. Na višim temperaturama kalcinacije može doći do značajnih gubitaka sumpora, fosfora, kalija i natrijuma. Može doći i do spajanja sa silicijumskom kiselinom, čime se sprečava potpuno pepeo. U tom slučaju se kalcinacija zaustavlja, lončić se hladi i dodaje se nekoliko kapi vruće destilovane vode; osušite na ringli i nastavite sa kalcinacijom.

Moguće su sljedeće opcije boje pepela: crveno-smeđa (sa visokim sadržajem željeznih oksida u uzorku), zelenkasta (u prisustvu mangana), sivo-bijela.

U nedostatku prigušne peći, sagorijevanje se može izvoditi u obrazovne svrhe na električnoj peći pod vučom. Za stvaranje viših temperatura potrebno je pločicu dobro zaštititi željeznim limom u obliku stranice visine 5-7 cm od lima, a odozgo je pokriti komadom azbesta. Sagorevanje traje 30-40 minuta. Prilikom spaljivanja potrebno je povremeno miješati materijal iglom za seciranje. Spaljivanje se vrši i do bijelog pepela.

U slučaju sporog gorenja, mala količina alkohola se sipa u ohlađene lončiće i zapali. U pepelu ne bi trebalo biti vidljivih čestica crnog uglja. U suprotnom, uzorci se tretiraju sa 1 ml destilovane vode, mešaju i kalcinacija se ponavlja.

Nakon završenog sagorevanja, lončići se hlade u eksikatoru sa poklopcem i vagaju.

Izjava" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">izjava nacrtana na tabli.

Šema snimanja rezultata

Svaka zajednica živih organizama na Zemlji karakterizira njena produktivnost i održivost. Produktivnost se posebno definiše kao razlika između akumulacije i potrošnje organske materije tokom kardinalnih procesa kao što su fotosinteza i disanje. U prvom procesu, organska tvar se sintetizira iz ugljičnog dioksida i vode uz oslobađanje kisika, u drugom se razgrađuje zbog oksidativnih procesa koji se odvijaju u mitohondrijima stanica uz apsorpciju kisika. Različite biljke se jako razlikuju u odnosu između ovih procesa. Da, da C4 biljke (kukuruz, sirak, šećerna trska, mangrove) imaju visok intenzitet fotosinteze uz malo svjetlosnog disanja, što osigurava njihovu visoku produktivnost u odnosu na C3 biljke (pšenica, pirinač).

C3 - biljke. Ovo je većina biljaka na Zemlji koje se bave C3- način fiksiranja ugljičnog dioksida tokom fotosinteze, što rezultira stvaranjem trougljičnih spojeva (glukoze, itd.). To su uglavnom biljke umjerenih geografskih širina sa optimalnom temperaturom od +20...+25°C, a maksimalnom od +35...+45°C.

C4 - biljke. To su oni čiji proizvodi fiksacije CO2 su organske kiseline sa četiri ugljika i aminokiseline. To uključuje uglavnom tropske biljke (kukuruz, sirak, šećerna trska, mangrove). C4- fiksacijski put CO2 sada se nalazi u 943 vrste iz 18 porodica i 196 rodova, uključujući niz biljaka žitarica umjerenih geografskih širina. Ove biljke odlikuju se veoma visokim intenzitetom fotosinteze i mogu tolerisati visoke temperature (optimum je +35...+45°C, maksimum +45...+60°C). Veoma su prilagođeni toplim uslovima, efikasno koriste vodu, dobro podnose stres - sušu, slanost, a karakteriše ih pojačan intenzitet svih fizioloških procesa, što određuje njihovu veoma visoku biološku i ekonomsku produktivnost.

Aerobno disanje (uz učešće kiseonika) je obrnuti proces fotosinteze. U tom procesu se organske tvari sintetizirane u stanicama (saharoza, organske i masne kiseline) razgrađuju, oslobađajući energiju:

S6N12O6 + 6O2 → 6SO2 + 6N2O + energija

Sve biljke i životinje dobijaju energiju za održavanje svojih vitalnih funkcija putem disanja.

Metoda za određivanje brzine disanja biljaka temelji se na uzimanju u obzir količine ugljičnog dioksida koji oslobađaju biljke, a koji apsorbira barit:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Višak barita koji nije reagovao sa CO2, titrirati hlorovodoničnom kiselinom:

Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + H2O

Oprema, reagensi, materijali

1) konične tikvice širokog grla kapaciteta 250 ml; 2) gumeni čepovi sa izbušenim rupama u koje se ubacuje staklena cev; u cijev se uvlači tanka žica dužine 12-15 cm; 3) tehnohemijske vage; 4) težine; 5) crni neprozirni papir; 6) birete sa rastvorom Ba(OH)2 i čepom na vrhu u koji se ubacuje epruveta sa natrijum-kalcem; 7) 0,1 N rastvor Ba(OH)2; 8) 0,1 N rastvor HCl; 9) 1% rastvor fenolftaleina u kapaljci; 10) zeleno lišće, sveže ubrano u divljini ili listovi sobnih biljaka.

Napredak

5-8 g zelenih, svježe ubranih listova biljke izmjeri se sa peteljkama na tehnohemijskoj vagi, peteljke se pričvrste jednim krajem žice, koja se provuče kroz otvor na čepu (sl. 1).

Rice. 1. Montirana tikvica za određivanje intenziteta disanja:

1 - žica, 2 - staklena cijev, 3 - gumeni čep, 4 - snop listova, 5 - barit.

Preporučuje se da prvo izvršite probnu instalaciju spuštanjem materijala u tikvicu i zatvaranjem tikvice čepom. Vodite računa da čep čvrsto pokriva tikvicu, da se snop listova nalazi u gornjem dijelu tikvice, a razmak između barita i grozda je dovoljno velik. Preporučuje se da se sve rupe između tikvice, čepa i epruvete zapečate plastelinom, a sistem izoluje komadom folije na gornjem izlazu žice iz cevi.

10 ml 0,1 N rastvora Ba(OH)2 sipa se iz birete u ispitne tikvice, materijal se stavlja i izoluje gore navedenom metodom. Kontrola (bez biljaka) se vrši 2-3 puta. Sve tikvice su prekrivene crnim neprozirnim papirom kako bi se isključila fotosinteza i identitet svih tikvica, bilježi se vrijeme početka eksperimenta koje traje 1 sat na površini barita i sprečava potpunu apsorpciju CO2.

Nakon jednog sata lagano otvorite čep i izvadite materijal iz tikvica brzim izvlačenjem žice sa listovima. Odmah zatvorite čep, izolujući vrh slamke folijom. Prije titracije dodajte 2-3 kapi fenolftaleina u svaku tikvicu: rastvor postaje grimiz. Titrirajte slobodni barit sa 0,1 N HCl. U tom slučaju prvo se titriraju kontrolne tikvice. Uzmite prosjek i zatim titrirajte eksperimentalne tikvice. Otopine treba pažljivo titrirati dok ne promijene boju. Rezultate zapišite u tabelu (na tabli i u svoju svesku).

Finalni proizvod" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">gotovi proizvodi

Drugi oblik razgradnje organske tvari do najjednostavnijih spojeva su mikrobiološki procesi u tlu i vodama, koji rezultiraju stvaranjem humusa u tlu i raznih donjih sedimenata polurazložene organske tvari (sapropel i dr.). Glavni od ovih procesa je biološka razgradnja saprofitima organskih tvari koje sadrže dušik i ugljik, što je sastavni dio ciklusa ovih elemenata u prirodnim ciklusima. Amonifikatorske bakterije mineraliziraju proteine ​​iz biljnih i životinjskih ostataka, kao i druge mikroorganizme (uključujući fiksatore dušika), ureu, hitin i nukleinske kiseline, što rezultira stvaranjem amonijaka (NH3). Biljni i životinjski proteini koji sadrže sumpor se također razlažu, što rezultira stvaranjem sumporovodika (H2S). Otpadni proizvodi mikroorganizama su spojevi indola, koji djeluju kao stimulansi rasta. Najpoznatija je β-indolioctena kiselina ili heteroauksin. Indolske supstance nastaju iz aminokiseline triptofana.

Proces razgradnje organskih supstanci u jednostavna jedinjenja je enzimski. Završna faza amonifikacije su amonijeve soli dostupne biljkama.

Oprema, reagensi, materijali

1) tehnohemijske vage; 2) termostat; 3) epruvete; 4) pamučni čepovi; 5) čaše; 6) Petrijeve posude; 7) NaHCO3 8) 5% PbNO3 ili Pb(CH3COO)2; 9) reagens Salkovskog; 10) Erlihov reagens; 11) ninhidrinski reagens; 12) Nesslerov reagens; 13) humusno zemljište; 14) svježi listovi lupine ili sušeni listovi drugih mahunarki; 15) riba, mesno brašno ili komadi mesa, ribe.

Napredak

A. Amonifikacija životinjskih proteina

a) Stavite 0,5-1 g svježe ribe ili komadić mesa u epruvetu. Dodajte staloženu vodu do polovine zapremine epruvete i 25-50 mg NaHCO3 (na vrhu skalpela) za neutralizaciju okoline, što pogoduje aktivnosti amonifikatora (za njih je povoljna neutralna ili blago alkalna sredina sa pH = 7 i više). Dodajte malu grudu humusne zemlje za uvođenje amonifikatora u podlogu, pomiješajte sadržaj epruvete, začepite epruvetu pamučnim čepom, prethodno pričvrstivši komad olovnog papira između čepa i epruvete (Sl. 2. ) tako da ne dodiruje rješenje. Svaku epruvetu na vrhu omotajte folijom kako biste spriječili izlazak plina iz epruvete. Stavite sve u termostat na 25-30°C 7-14 dana.

Rice. 2. Montirana epruveta za određivanje amonifikacije proteina: 1 - epruveta; 2 - pamučni čep; 3 - olovni papir; 4 - srijeda.

Ovaj eksperiment simulira razgradnju organskih ostataka u vodenoj sredini stajaćeg rezervoara (na primjer, ribnjak), u koji se mogu isprati čestice tla sa susjednih polja.

b) U čašu sipajte humusnu zemlju, ulijte otopljenu vodu, zakopajte komadić mesa u zemlju, ojačajte olovni papir između zemlje i ivice čaše, zatvorite sistem Petrijevom posudom (stranom nadole), stavite u termostatu na 25-30°C jednu ili dvije sedmice.

Ovaj eksperiment simulira razgradnju organskih ostataka (crva, raznih životinja u zemljištu) u tlu.

B. Amonifikacija biljnih ostataka

Pratite razlaganje zelenog đubriva u zemljištu tako što ćete napuniti čašu od 100 ml humusnom zemljom i zakopati nekoliko komada zelenih stabljika i listova višegodišnje vučije, graška i pasulja posađenih u saksiju u jesen. Možete koristiti suhe dijelove ljetno ubranih mahunarki poparene u vodi. Pokrijte čaše poklopcem od Petrijeve posude, stavite u termostat na temperaturu od 25-30°C na jednu do dvije sedmice, održavajući normalnu vlažnost tla tokom eksperimenta (60% punog kapaciteta vlage), bez prekomjernog vlaženja .

Nastavak radova br.4 (izveden za 7-14 dana)

a) Filtrirajte dio rastvora kulture iz epruveta u kojima je došlo do razgradnje životinjskih proteina. Obratite pažnju na stvaranje proizvoda lošeg mirisa (vodonik sulfid - miris pokvarenih jaja, spojevi indola itd.).

Otkrijte stvaranje amonijaka dodavanjem 2-3 kapi Nesslerovog reagensa u 1 ml otopine kulture. Da biste to učinili, prikladno je koristiti staklo za sat postavljeno na list bijelog papira ili porculansku čašu. Požutjela otopina ukazuje na prisustvo amonijaka koji nastaje tokom uništavanja proteina.

Prisustvo sumporovodika detektujte pocrnjenjem olovnog papira iznad rastvora ili kada ga spuštate u rastvor.

Nakapajte rastvor kulture na filter ili hromatografski papir mikropipetom sa izvučenim izlivom (10-20 kapi u jednom trenutku), osušite preko ventilatora, ukapajte reagens Salkovsky, Ehrlich ili ninhidrin. Zagrijati preko šporeta. Jedinjenja indola sa reagensom Salkovskog daju plavu, crvenu, grimiznu boju u zavisnosti od sastava indolnog produkta (auksin indoloctena kiselina daje crvenu boju). Erlihov reagens daje ljubičastu boju sa derivatima indola. Ninhidrin reagens je reakcija na aminokiselinu triptofan (prekursor indol auksina). Kada se zagreje, postaje plava.

b) Izvadite komad mesa ili ribe iz zemlje zajedno sa zemljom uz komad, stavite ga u čašu, sipajte malo vode, izgnječite staklenom šipkom, protresite, filtrirajte. Odredite amonijak, sumporovodik i indol u filtratu koristeći gore navedene metode. Slični procesi se dešavaju u tlu kada mrtve životinje trunu.

c) Uklonite poluraspadnute stabljike zelene mase vučije iz zemlje, očistite ih od zemlje i sameljite sa malom količinom vode. Filtrirati 1-2 ml rastvora i napraviti test na amonijačni azot koji se oslobađa tokom mineralizacije biljnih proteina (sa Nesslerovim reagensom). Slični procesi se dešavaju u tlu pri oranju zelenim đubrivom ili organskim ostacima u obliku stajnjaka, treseta, sapropela itd.

Odrediti prisustvo sumporovodika, supstanci indola, triptofana.

d) Kap kulture tečnosti iz epruvete u kojoj je došlo do raspadanja životinjskog proteina stavite na stakalce i ispitajte je pod mikroskopom pri uvećanju od 600. Otkrivaju se brojni mikroorganizmi koji izazivaju razgradnju organskih materija. Često se snažno kreću i savijaju poput crva.

Uvod. 3

2 Sigurnosni zahtjevi. 4

3 Eksperimentalni dio. 4

Rad br. 1. Određivanje formiranja organske materije u listovima biljaka tokom fotosinteze (na osnovu sadržaja ugljenika) 4

Rad br. 2. Određivanje akumulacije organske materije u biljnoj biomasi i zemljištu. 8

Rad broj 3. Utvrđivanje potrošnje organske materije kod biljaka tokom disanja 11

Rad br. 4. Razgradnja organske materije u vodi i zemljištu sa određivanjem nekih krajnjih produkata. 14

Jedna od glavnih pretpostavki heterotrofne hipoteze je da je nastanku života prethodila akumulacija organskih molekula. Danas organskim molekulima nazivamo sve one molekule koje sadrže ugljik i vodik. Molekule nazivamo i organskim jer se prvobitno vjerovalo da jedinjenja ove vrste mogu sintetizirati samo živi organizmi.

Međutim, davne 1828 Hemičari su naučili sintetizirati ureu iz neorganskih tvari. Urea je organski spoj koji se izlučuje urinom mnogih životinja. Živi organizmi su smatrani jedinim izvorom uree dok se nije mogla sintetizirati u laboratoriji. Laboratorijski uslovi u kojima su hemičari dobijali organska jedinjenja očigledno, u izvesnoj meri, oponašaju uslove životne sredine na Zemlji u ranom periodu njenog postojanja. Ovi uslovi bi, prema autorima heterotrofne hipoteze, mogli dovesti do stvaranja organskih jedinjenja iz atoma kiseonika, vodonika, azota i ugljenika.

Dobitnik Nobelove nagrade Harold Urey, radeći na Univerzitetu u Čikagu, zainteresovao se za evoluciju hemijskih jedinjenja na Zemlji u uslovima ranog perioda njenog postojanja. O ovom problemu je razgovarao sa jednim od svojih učenika, Stanleyjem Millerom. U maju 1953. Miller je objavio članak pod naslovom “Formiranje aminokiselina u uslovima sličnim onima koji su postojali na Zemlji u ranom periodu”, u kojem je ukazao da je A.I. Oparin je prvi izrazio ideju da su osnova života, organska jedinjenja, nastala u periodu kada je Zemljina atmosfera sadržavala metan, amonijak, vodu i vodonik, a ne ugljični dioksid, dušik, kisik i vodu. Nedavno je ova ideja potvrđena u robotima Ureya i Bernala.

Da bi se testirala ova hipoteza, u posebno kreiranom uređaju, kroz sistem cijevi je propuštena mješavina plinova CH4, NH3, H2O i H2, a u određenom trenutku je stvoreno električno pražnjenje. Određen je sadržaj aminokiselina u nastaloj smjesi.

Električno pražnjenje je propušteno kroz nepropusni uređaj napunjen metanom, vodonikom i amonijakom, koji je dizajnirao Miller. Vodena para je dolazila iz posebnog uređaja spojenog na glavni dio uređaja. Para se, prolazeći kroz uređaj, hladila i kondenzovala u obliku kiše. Tako je laboratorija prilično precizno reproducirala uvjete koji su postojali u atmosferi primitivne Zemlje. To uključuje vrućinu, kišu i kratke bljeskove svjetlosti. Nedelju dana kasnije, Miller je analizirao gas koji je bio u eksperimentalnim uslovima. Otkrio je da je prethodno bezbojna tečnost postala crvena.

Hemijska analiza je pokazala da su se u tečnosti pojavila jedinjenja koja nisu bila prisutna na početku eksperimenta. Atomi nekih molekula plina rekombinirali su se u nove i složenije organske molekule. Analizom jedinjenja u tečnosti, Miller je otkrio da se tamo formiraju organski molekuli poznati kao aminokiseline. Aminokiseline se sastoje od atoma ugljika, vodika, kisika i dušika.

Svaki atom ugljika je sposoban da formira četiri hemijske veze sa drugim atomima. Millerovi eksperimenti pokazuju da su se slični procesi mogli dogoditi u Zemljinoj atmosferi u ranom periodu njenog postojanja. Ovi eksperimenti dali su važnu potvrdu heterotrofne hipoteze.

Nemojmo se od samog početka tjerati u stroge okvire i opišimo pojam što jednostavnije: proces oksidacije organskih tvari (organskih; to su npr. proteini, masti i ugljikohidrati) je reakcija koja rezultira povećanje volumena kisika (O2) i smanjenje volumena vodika (H2).

Organske supstance su različita hemijska jedinjenja koja sadrže (C). Izuzetak su ugljična kiselina (H2CO3), karbidi (na primjer, karborund SiC, cementit Fe3C), karbonati (na primjer, kalcit CaCO3, magnezit MgCO3), ugljični oksidi, cijanidi (kao što su KCN, AgCN). Organske tvari stupaju u interakciju s najpoznatijim oksidacijskim sredstvom, kisikom O2, stvarajući vodu H2O i ugljični dioksid CO2.

Proces oksidacije organskih materija

Ako razmišljamo logično, onda, budući da je proces potpune oksidacije sagorijevanje, onda je proces nepotpune oksidacije oksidacija organske tvari, jer se takvim efektom supstanca ne pali, već je samo zagrijava (praćeno oslobađanjem određena količina energije u obliku ATP - adenozin trifosfata - i toplote Q ).

Reakcija organske oksidacije nije previše komplicirana, pa je počinju analizirati na početku kursa hemije, a učenici brzo saznaju informacije, ako se, naravno, barem malo trude. Već smo naučili šta je to proces, a sada moramo da uđemo u samu suštinu stvari. Dakle, kako se reakcija odvija i šta je to?

Oksidacija organske materije je vrsta tranzicije, transformacije jedne klase jedinjenja u drugu. Na primjer, cijeli proces počinje oksidacijom zasićenog ugljikovodika i njegovom transformacijom u nezasićeni, a zatim se rezultirajuća tvar oksidira u alkohol; alkohol, zauzvrat, formira aldehid, a karboksilna kiselina "teče" iz aldehida. Kao rezultat cijelog postupka dobijamo ugljični dioksid (prilikom pisanja jednadžbe ne zaboravite staviti odgovarajuću strelicu) i vodu.

Ovo je oksidaciono-redukciona reakcija i u većini slučajeva organska supstanca pokazuje redukciona svojstva, ali se sama oksidira. Svaki uključeni element ima svoju klasifikaciju - to je ili redukcijski agens ili oksidacijski agens, a ime dajemo na osnovu rezultata ORR-a.

Sposobnost organskih tvari da oksidiraju

Sada znamo da proces redoks reakcije (redox reakcija) uključuje oksidacijsko sredstvo, koje uzima elektrone i ima negativan naboj, i redukcijsko sredstvo koje donira elektrone i ima pozitivan naboj. Međutim, ne može svaka supstanca ući u proces koji razmatramo. Da bismo lakše razumjeli, pogledajmo tačke.

Jedinjenja ne oksidiraju:

• Alkani – inače se nazivaju parafini ili zasićeni ugljovodonici (na primjer, metan, koji ima formulu CH4);
• Arene su aromatična organska jedinjenja. Među njima, benzen nije oksidiran (u teoriji, ova reakcija se može izvesti, ali kroz nekoliko dugih koraka; benzen se ne može oksidirati nezavisno);
• Tercijarni alkoholi su alkoholi u kojima je hidroksilna grupa OH vezana za tercijarni atom ugljika;
• Fenol je drugo ime za karbonsku kiselinu i u hemiji se zapisuje kao formula C6H5OH.

Primjeri organskih tvari sposobnih za oksidaciju:

• alkeni;
• Alkini (kao rezultat ćemo pratiti stvaranje aldehida, karboksilne kiseline ili ketona);
• Alkadieni (nastaju ili polihidrični alkoholi ili kiseline);
• Cikloalkani (u prisustvu katalizatora nastaje dikarboksilna kiselina);
• Areni (svaka tvar koja ima strukturu sličnu benzenu, odnosno njegovi homolozi, može se oksidirati u benzojevu kiselinu);
• Primarni, sekundarni alkoholi;
• Aldehidi (imaju sposobnost oksidacije ugljika);
• Amini (tokom oksidacije nastaje jedno ili više jedinjenja sa nitro grupom NO2).

Oksidacija organskih materija u ćelijama biljnih, životinjskih i ljudskih organizama

Ovo je najvažnije pitanje ne samo za one koji se zanimaju za hemiju. Svako treba da ima ovakvu vrstu znanja kako bi stekao ispravnu predstavu o raznim procesima u prirodi, o vrijednosti bilo koje tvari na svijetu, pa čak i o sebi – čovjeku.

Iz školskih kurseva biologije vjerovatno već znate da oksidacija organske tvari igra važnu biološku ulogu u ljudskom tijelu. Kao rezultat redoks reakcija dolazi do razgradnje BFA (proteina, masti, ugljikohidrata): u stanicama se oslobađaju toplina, ATP i drugi energetski nosioci, a naše tijelo uvijek ima dovoljno zaliha za obavljanje radnji i normalno funkcioniranje sisteme organa.

Pojava ovog procesa pomaže u održavanju stalne tjelesne temperature u tijelu ne samo ljudi, već i bilo koje druge toplokrvne životinje, a također pomaže u regulaciji postojanosti unutrašnje sredine (to se zove homeostaza), metabolizmu, osigurava kvalitetno funkcioniranje ćelijskih organela, organa, a obavlja i mnoge druge potrebne funkcije.

Tokom fotosinteze, biljke apsorbuju štetni ugljični dioksid i proizvode kisik neophodan za disanje.

Biološka oksidacija organskih tvari može se odvijati isključivo uz korištenje različitih nosača elektrona i enzima (bez njih bi ovaj proces trajao nevjerovatno dugo).

Uloga organske oksidacije u industriji

Ako govorimo o ulozi oksidacije organskih materija u industriji, onda se ovaj fenomen koristi u sintezi, u radu bakterija octene kiseline (s nepotpunom organskom oksidacijom stvaraju niz novih tvari), au nekim slučajevima i kod organske tvari. moguća je i proizvodnja eksplozivnih materija.

Principi pisanja jednačina u organskoj hemiji

U hemiji se ne može bez sastavljanja jednadžbe - ovo je vrsta jezika ove nauke, koju svi naučnici na planeti mogu govoriti, bez obzira na nacionalnost, i razumjeti jedni druge.

Međutim, najveće poteškoće nastaju pri sastavljanju jednadžbi pri proučavanju organske hemije.

Rasprava o ovoj temi iziskuje veoma dug vremenski period, pa smo ovdje odabrali samo kratak algoritam radnji za rješavanje lanca jednadžbi sa nekim objašnjenjima:

1. Prvo, odmah pogledamo koliko se reakcija javlja u datom procesu i brojimo ih. Određujemo i klase, nazive polaznih supstanci i supstanci koje na kraju nastaju;
2. Drugo, potrebno je ispisati sve jednačine jednu po jednu i saznati vrstu njihovih reakcija (složena, dekompozicija, razmjena, supstitucija) i uslove.
3. Nakon toga možete kreirati elektronske bilance i ne zaboravite postaviti koeficijente.

Reakcije oksidacije organskih tvari i njihovih konačnih produkata stvaranja

Oksidacija benzena

Čak i pod najagresivnijim uslovima, benzen nije podložan oksidaciji. Međutim, homolozi benzena su sposobni oksidirati pod utjecajem otopine kalijevog permanganata u neutralnom okruženju i formirati kalij benzoat.

Ako neutralno okruženje promijenite u kiselo, homolozi benzena se mogu oksidirati kalijevim permanganatom ili dikromatom s konačnim stvaranjem benzojeve kiseline.

Formula za stvaranje benzojeve kiseline

Oksidacija alkena

Kada se alkeni oksidiraju neorganskim oksidantima, krajnji proizvodi su takozvani dihidrični alkoholi - glikogeni. Redukcioni agensi u ovim reakcijama su atomi ugljika.

Jasan primjer za to je kemijska reakcija otopine kalijevog permanganata u vezi sa slabo alkalnom okolinom.

Agresivni uslovi oksidacije dovode do razaranja ugljičnog lanca na dvostrukoj vezi sa konačnim produktima formiranja u obliku dvije kiseline. Štaviše, ako okolina ima visok sadržaj alkalija, formiraju se dvije soli. Također, kao rezultat razgradnje ugljičnog lanca mogu nastati kiselina i ugljični dioksid, ali u jakom alkalnom okruženju proizvodi oksidativne reakcije su karbonatne soli.

Alkeni su sposobni za oksidaciju kada su uronjeni u kiselu sredinu kalij-dihromata prema sličnoj shemi datoj u prva dva primjera.

Alkinska oksidacija

Za razliku od alkena, alkini se oksidiraju u agresivnijoj sredini. Uništavanje ugljičnog lanca događa se na trostrukoj vezi. Zajedničko svojstvo alkena su njihovi redukcioni agensi u obliku atoma ugljika.

Izlazni produkti reakcije su ugljični dioksid i kiseline. Kalijum permanganat stavljen u kiselu sredinu će delovati kao oksidant.

Oksidacijski produkti acetilena, kada se potopi u neutralni medij s kalijevim permanganatom, je kalijev oksalat.

Kada se neutralna sredina promijeni u kiselu, reakcija oksidacije se nastavlja do stvaranja ugljičnog dioksida ili oksalne kiseline.

Oksidacija aldehida

Aldehidi su lako podložni oksidaciji zbog svojih svojstava jakih redukcijskih sredstava. Kao oksidaciona sredstva za aldehide izdvajamo, kao iu prethodnim verzijama, kalijum permanganat sa kalijum dihromatom, kao i rastvor srebrnog hidroksidiamina - OH i bakar hidroksida - Cu(OH)2, koji su pretežno karakteristični za aldehide. Važan uslov za nastanak reakcije oksidacije aldehida je uticaj temperature.

U videu možete vidjeti kako se utvrđuje prisustvo aldehida u reakciji sa bakar hidroksidom.

Aldehidi se mogu oksidirati u karboksilne kiseline pod utjecajem srebrnog hidroksidiamina u obliku otopine uz oslobađanje amonijevih soli. Ova reakcija se naziva "srebrno ogledalo".

Video ispod pokazuje zanimljivu reakciju nazvanu "srebrno ogledalo". Ovaj eksperiment se odvija u interakciji glukoze, koja je takođe aldehid, sa rastvorom srebrnog amonijaka.

Oksidacija alkohola

Produkt oksidacije alkohola ovisi o vrsti atoma ugljika na koji je vezana OH grupa alkohola. Ako je grupa povezana primarnim atomom ugljika, produkt oksidacije će biti aldehidi. Ako je OH grupa alkohola povezana sa sekundarnim atomom ugljika, onda su produkt oksidacije ketoni.

Aldehidi, zauzvrat nastali tokom oksidacije alkohola, mogu se zatim oksidirati u kiseline. To se postiže oksidacijom primarnih alkohola sa kalij-dihromatom u kiseloj sredini tokom ključanja aldehida, koji zauzvrat nemaju vremena da oksidiraju tokom isparavanja.

Pod uslovima prekomernog prisustva oksidacionih sredstava kao što su kalijum permanganat (KMnO4) i kalijum dihromat (K2Cr2O7), u gotovo svim uslovima, primarni alkoholi su sposobni da oksidiraju oslobađanjem karboksilnih kiselina, u sekundarne alkohole, zauzvrat, ketone , primjeri reakcija s produktima formiranja bit će razmatrani u nastavku.

Etilen glikol ili takozvani dihidrični alkohol, ovisno o okolini, može se oksidirati u produkte kao što su oksalna kiselina ili kalijev oksalat. Ako je etilen glikol u otopini kalijevog permanganata uz dodatak kiseline, nastaje oksalna kiselina, ako je dihidrični alkohol u istoj otopini kalijevog permanganata ili kalijevog dihromata, ali u neutralnom okruženju, tada nastaje kalijev oksalat. Hajde da razmotrimo ove reakcije.

U početku smo otkrili sve što treba razumjeti i čak smo počeli analizirati tako tešku temu kao što je rješavanje i sastavljanje jednačina. U zaključku, možemo samo reći da će vam uravnotežena praksa i učestalo učenje pomoći da brzo konsolidirate gradivo koje ste pokrili i naučite rješavati probleme.

I. Razvoj ideja o nastanku života na Zemlji.

1. Osnovne ideje koje objašnjavaju nastanak života na našoj planeti:

• Život na zemlji je stvorio Bog.
• Živa bića na planeti su više puta spontano nastala iz neživih bića.
• Život je oduvek postojao.

*Biogeneza – empirijsko uopštavanje (sredinom 19. veka), tvrdeći da sve

živa bića dolaze samo od živih bića.

• Život na zemlji donesen je izvana (na primjer, sa drugih planeta).

*Hipoteza panspermija (predložio G. Richter 1865., a formulirao S. Arrhenius 1895.)

• Život je nastao u određenom periodu razvoja Zemlje kao posljedica biohemijske evolucije. Teorija abiogeneza (teorija koacervata A.I. Oparina).

2. Suština i značaj djela Francesca Redija (1626-1698), Louisa Pasteura (1822-1895).

II. Osnovna svojstva živih sistema (kriterijumi življenja):

• složenost i visok stepen organizacije
• jedinstvo hemijskog sastava
• diskretnost
• metabolizam (metabolizam)
• samoregulacija (autoregulacija → homeostaza)
• razdražljivost
• varijabilnost
• nasljednost
• samoreprodukcija (reprodukcija)
• razvoj (ontogeneza i filogeneza)
• otvorenost
• energetska zavisnost
• ritam
• prilagodljivost
• jedinstven princip strukturne organizacije – ćelija*

III. Moderne ideje o nastanku života na Zemlji, zasnovane

o teoriji abiogeneze.

Zaključci:

1 – biološkoj evoluciji prethodila je duga hemijska evolucija ( abiogeni );

2 - nastanak života je faza u evoluciji materije u svemiru;

3 – obrazac glavnih faza nastanka života može se eksperimentalno provjeriti u laboratoriji i izraziti u obliku sljedećeg dijagrama:

atomi → jednostavni molekuli → makromolekuli →

ultramolekularni sistemi (probiont) → jednoćelijski organizmi;

4 – imala je primarna atmosfera Zemlje restorative karaktera (CH 4, NH 3, H 2 O, H 2), zbog toga su prvi organizmi heterotrofi ;

5 – Darvinistički principi prirodne selekcije i opstanak najsposobnijih

mogu se prenijeti u prebiološke sisteme;

6 – trenutno živa bića dolaze samo od živih bića (biogeni). Prilika

Ponovna pojava života na Zemlji je isključena.

I. Neorganska evolucija i uslovi za nastanak života na Zemlji.

1. Pojava atoma hemijskih elemenata je početna faza neorganske evolucije.

U dubinama Sunca i zvijezda, u plazmi, dolazi do formiranja složenih jezgara od najjednostavnijih. Materija je u neprekidnom kretanju i razvoju.

Planeta Zemlja je nastala prije 4,5 - 7 milijardi godina (oblak plina i prašine).

Pojava tvrde kore ( geološka starost) prije 4 – 4,5 milijardi godina

Formiranje najjednostavnijih neorganskih jedinjenja.

C, H, O, N, F (biogeni elementi) su široko rasprostranjeni u prostoru i imali su veliku priliku da međusobno reaguju, što je bilo olakšano elektromagnetnim zračenjem i toplotom.

Zemljina primarna atmosfera je imala restorative karakter: CH 4, NH 3, H 2 O, H 2.

Sastav primarne litosfere: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K itd.

Primarna hidrosfera: manje od 0,1 zapremine vode u današnjim okeanima, pH = 8-9.

Formiranje najjednostavnijih organskih jedinjenja.

Ova faza je povezana sa specifičnom valencijom ugljenika - glavnog nosioca organskog života, njegovom sposobnošću da se kombinuje sa gotovo svim elementima, da formira lance i cikluse, sa njegovom katalitičkom aktivnošću i drugim svojstvima.

Organski molekuli su karakterizirani izomerizam ogledala , tj. mogu postojati u dva strukturna oblika, slična i istovremeno različita jedna od druge. Ova karakteristika molekula koji postoje u dva oblika ogledala se naziva kiralnost. Među organskim supstancama koje ga posjeduju su molekularni "građevinski blokovi" života - aminokiseline i šećeri. Odlikuje ih apsolutna kiralna čistoća: proteini sadrže samo "lijevoruke" aminokiseline, a nukleinske kiseline sadrže samo "desnoruke" šećere. Ovo je najvažnija karakteristika koja razlikuje živo od neživog. Neživa priroda ima tendenciju uspostavljanja zrcalne simetrije (racemizacije) – ravnoteže između lijevog i desnog. Narušavanje simetrije ogledala je preduslov za nastanak života.

4. Abiogena sinteza biopolimera– proteini i nukleinske kiseline.

Set uslova : prilično visoka temperatura površine planete, aktivna vulkanska aktivnost, plinovita električna pražnjenja, ultraljubičasto zračenje.

Adsorbirani na muljevito dno morskih laguna koje se osuše, razni monomeri su pod utjecajem sunčeve energije podvrgnuti polimerizaciji, kondenzaciji i dehidraciji. Okean je bio obogaćen polimerima, formiranjem „primarnog bujona“ i formiranjem koacervata.

Coacervates– ugrušci visokomolekularnih jedinjenja sposobnih da adsorbuju različite supstance. Hemijska jedinjenja mogu u njih osmotski ući iz okoline i može doći do sinteze novih jedinjenja. Koacervati djeluju kao otvoreni sistemi sposoban metabolizam i rast. Možda mehaničko drobljenje.

II. Prelazak sa hemijske evolucije na biološku.

A.I. Oparin (1894-1980) sugerisao je da je prelazak sa hemijske evolucije na biološku povezan sa pojavom najjednostavnijih fazno odvojenih organskih sistema -. probiontima , sposoban da koristi supstance iz okoline ( metabolizam) i energije i implementirati na osnovu toga najvažnije životne funkcije su rast i podvrgavanje prirodnoj selekciji.

Pravi početak biološke evolucije obilježen je pojavom probionata s kodirani odnosi između proteina i nukleinskih kiselina. Interakcija proteina i nukleinskih kiselina dovela je do pojave takvih svojstava živih bića kao što su samoreprodukcija, očuvanje nasljednih informacija i njihovo prenošenje na sljedeće generacije. Vjerovatno su u ranijim fazama predživota postojali molekularni sistemi polipeptida i polinukleotida, neovisni jedan o drugom. Kao rezultat njihove kombinacije, sposobnost da samoreprodukcija dodatkom nukleinskih kiselina katalitički aktivnost proteina.