W jakich narządach zachodzi powstawanie substancji organicznych? Utlenianie substancji i związków organicznych: proces reakcji i końcowe produkty powstawania

W warunkach współczesnej Ziemi naturalne powstawanie związków organicznych ze związków nieorganicznych praktycznie nie występuje. Co więcej, pojawienie się żywej materii organicznej jest niemożliwe. Jeśli chodzi o wczesną Ziemię, warunki na niej były zupełnie inne. Atmosfera redukująca o wysokim stężeniu wodoru, metanu i amoniaku, intensywne promieniowanie ultrafioletowe Słońca, niezaabsorbowane przez taką atmosferę oraz silne wyładowania elektryczne w atmosferze stworzyły niezbędne i najwyraźniej wystarczające warunki do powstawania związków organicznych . Rzeczywiście, eksperymenty laboratoryjne przeprowadzone w warunkach symulujących rzekomą atmosferę wczesnej Ziemi wytworzyły szereg związków organicznych, w tym aminokwasy wchodzące w skład żywych białek.

Brak tlenu w atmosferze był warunkiem koniecznym spontanicznej syntezy materii organicznej. Jednak z punktu widzenia kolejnych przekształceń czynnik ten okazał się destrukcyjny. W rzeczywistości atmosfera pozbawiona tlenu prawie swobodnie przepuszcza silne promieniowanie ultrafioletowe (atmosfera współczesnej Ziemi ma warstwę ozonową, która powstała wraz ze składnikiem tlenu, który pochłania to promieniowanie). Promieniowanie dostarczając energii dla reakcji chemicznych syntezy związków organicznych, jednocześnie dąży do ich natychmiastowego zniszczenia. Dlatego biopolimery, lipidy i węglowodory powstałe w atmosferze, gdy tylko się pojawiły, były skazane na zagładę. Aby nie umrzeć, musieli ukryć się przed szkodliwym działaniem słonecznego promieniowania ultrafioletowego. Uważa się, że część tych związków organicznych uniknęła zniszczenia, przedostając się do środowiska wodnego zbiorników pierwotnych.

Tutaj, w środowisku wodnym, związki organiczne wchodziły w różnorodne reakcje chemiczne, spośród których wykorzystywały reakcje, które doprowadziły do ​​​​samorozwoju najaktywniejszych katalizatorów. Natura bardzo rygorystycznie dążyła do naturalnej selekcji reakcji cyklicznych, które są zdolne do samopodtrzymania, m.in. dzięki energii uwalnianej podczas reakcji. Problem zaopatrzenia w energię reakcji ewolucyjnych, w szczególności reakcji polimeryzacji (łączenia cząsteczek tego samego typu – monomerów w makrocząsteczki) wydaje się na tym etapie ewolucji najważniejszy, gdyż środowisko wodne w niewielkim stopniu przyczynia się do aktywacji związków chemicznych reakcje. Dlatego „przetrwać” mogą jedynie reakcje wysokoenergetyczne, w których biorą udział szczególnie skuteczne, samodoskonalące się katalizatory.

Nadszedł jeden z kluczowych momentów rozwoju. Załóżmy, że powstały reakcje chemiczne niezbędne do przejścia do bioewolucji i nabyły właściwość samowystarczalności. Aby je zachować (i oczywiście dalej rozwijać), odpowiednie objętości muszą być w jakiś sposób odizolowane od niezorganizowanego środowiska, nie tracąc przy tym możliwości wymiany z nim materii i energii. Jednoczesne spełnienie tych dwóch, na pierwszy rzut oka niezgodnych warunków, było konieczne, aby ewolucja chemiczna osiągnęła jakościowo nowy poziom.

Możliwość tę znaleziono dzięki tworzeniu specjalnych struktur z lipidów - skorupy membranowe . Wyniki współczesnych eksperymentów laboratoryjnych dają podstawy sądzić, że przy pewnym stężeniu lipidów w wodzie i warunkach zewnętrznych symulujących stan atmosfery i hydrosfery ówczesnej Ziemi następuje charakterystyczny proces samoorganizacji, prowadzący do samoorganizacja otoczek lipidowych o właściwościach błonowych.

Ponadto nietrudno założyć, że procesy selekcji cyklicznych reakcji katalitycznych i samoorganizacji otoczek lipidowych zbiegają się w czasie i przestrzeni. W ten sposób mogły pojawić się naturalne formacje, odizolowane od niszczycielskiego wpływu środowiska, ale połączone z nim metabolizmem. W swego rodzaju reaktorze zaczęły zachodzić reakcje samopodtrzymujące, co pomaga utrzymać znaczną nierównowagę zawartego w nim układu biopolimerowego. Teraz położenie odczynników chemicznych stało się uporządkowane, procesy adsorpcji na powłoce przyczyniły się do wzrostu ich stężenia, a tym samym aktywacji efektu katalitycznego. Faktycznie, to miało miejsce przejście od mieszanin chemicznych do zorganizowanych systemów przystosowanych do dalszego rozwoju.

Rozważa się także szereg innych modeli, które prowadzą do podobnie ważnego, ale wciąż pośredniego zdarzenia na ścieżce przejścia do ewolucji biologicznej. Jeden z nich uwzględnia procesy związane z powstawaniem początkowych związków organicznych w atmosferze, przy założeniu, że wczesna Ziemia wraz z jej rozrzedzoną atmosferą redukcyjną była ciałem zimnym o temperaturze rzędu -50°C. Istotnym punktem tego modelu jest założenie, że atmosfera w tych warunkach była zjonizowana, czyli znajdowała się w stanie zimnej plazmy. Plazma ta jest uważana za główne źródło energii w reakcjach ewolucji chemicznej. Założeniem niskiej temperatury tłumaczy się zachowanie biopolimerów powstałych w atmosferze: zamarzając, opadały one na pokrywę lodową Ziemi i przechowywano w tej naturalnej lodówce „do lepszych czasów”. W tej formie promieniowanie ultrafioletowe i potężne wyładowania elektryczne nie były już dla nich tak niebezpieczne.

Zakłada się ponadto, że „lepsze czasy” nadeszły wraz z intensyfikacją aktywności tektonicznej i początkiem masowych erupcji wulkanów. Uwolnienie produktów aktywności wulkanicznej do atmosfery doprowadziło do jej zagęszczenia i przesunięcia granicy jonizacji do wyższych warstw. Wraz ze zmianą warunków temperaturowych pokrywa lodowa naturalnie się stopiła, utworzyły się zbiorniki pierwotne, w których po rozmrożeniu nagromadzone przez długi czas biopolimery, lipidy i węglowodory rozpoczęły aktywną aktywność chemiczną. Dlatego możemy mówić o ich wysokim stężeniu w „pierwotny rosół”(jak często nazywa się powstałą substancję), co było kolejnym pozytywnym czynnikiem z punktu widzenia intensyfikacji ewolucji chemicznej.

Wielokrotne eksperymenty potwierdziły, że podczas rozmrażania lipidy faktycznie wykazują samoorganizację, tworząc mikrosfery o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów. Nie ma znaczenia, w jaki sposób biopolimery trafią do ich wnętrza – czy przenikną przez warstwę membrany, czy stopniowo otacza je otoczka lipidowa. Ważne jest to, że w objętości otoczonej otoczką membranową mógłby rozpocząć się nowy etap ewolucji – przejście od reakcji chemicznych do biochemicznych.

Jeśli chodzi o decydujący moment – ​​przejście do najprostszej komórki, można go uznać za wynik skoku charakterystycznego dla samoorganizacji materii. Aby przygotować się do tego skoku, w procesie ewolucji chemicznej musiało pojawić się więcej struktur zdolnych do wykonywania funkcji niezbędnych protokomórce. Rozważane są takie fragmenty konstrukcyjne frakcje , zapewniając przenoszenie naładowanych cząstek, co jest niezbędne do transportu materii. Inne grupy muszą zapewnić dostawę energii - są to głównie cząsteczki związków zawierających fosfor (układ ADP-ATP). Wreszcie konieczne jest utworzenie struktur polimerowych, takich jak DNA i RNA, których główną funkcją jest służenie matryca katalityczna do samodzielnej reprodukcji.

Nie można pominąć jeszcze jednego kluczowego punktu związanego z naruszeniem symetrii izomerycznej. Jak doszło do wyboru na rzecz lewoskrętnej materii organicznej, można się tylko domyślać, ale fakt, że ta fluktuacja bezpośrednio poprzedzała powstanie życia, wydaje się całkowicie naturalny. Można założyć, że ewolucję biologiczną „zapoczątkowano” pojawieniem się lewoskrętnej protokomórki.

Federalna Agencja Edukacji

Państwowa instytucja edukacyjna

Nowogrodzki Uniwersytet Państwowy nazwany imieniem. Jarosław Mądry

Wydział Nauki i Zasobów Naturalnych

Katedra Chemii i Ekologii

tworzenie i zużycie materii organicznej przez rośliny

Zbiór wytycznych

Wielki Nowogród

Tworzenie i zużycie substancji organicznych przez rośliny: Zbiór wytycznych dotyczących pracy laboratoryjnej / Oprac. Kuzmina I. A. - NovSU, Nowogród Wielki, 2007. - 12 s.

Wytyczne przeznaczone są dla studentów specjalności 020801.65 - „Ekologia” oraz wszystkich studentów studiujących na kierunku „Ekologia ogólna”.

Do powstawania substancji organicznych – podstawy biomasy roślinnej na Ziemi – potrzebny jest atmosferyczny dwutlenek węgla i woda, a także minerały glebowe. Wykorzystując światło o określonej długości fali, dwutlenek węgla wiąże się w roślinach podczas fotosyntezy. W rezultacie do atmosfery uwalniany jest tlen, który powstaje podczas fotolizy wody. Jest to pierwszy etap biochemicznego cyklu węgla.

Ilość energii zmagazynowanej na Ziemi w procesie fotosyntezy jest ogromna. Każdego roku w wyniku fotosyntezy przez rośliny zielone powstaje 100 miliardów ton substancji organicznych, które zawierają około 450-1015 kcal energii słonecznej zamienionej na energię wiązań chemicznych. Procesom tym towarzyszą zjawiska o tak wielkiej skali, jak asymilacja przez rośliny około 170 miliardów ton dwutlenku węgla, fotochemiczny rozkład około 130 miliardów ton wody, z czego uwalnia się 115 miliardów ton wolnego tlenu.

Tlen jest podstawą życia wszystkich istot żywych, które wykorzystują go do utleniania różnych związków organicznych w procesie oddychania; wyróżnia się CO2. Jest to drugi etap biochemicznego cyklu węgla, związany z funkcją dwutlenku węgla w organizmach żywych. W tym przypadku uwalnianie tlenu w pierwszym etapie jest w przybliżeniu o rząd wielkości większe niż jego absorpcja w drugim etapie, w wyniku czego podczas funkcjonowania roślin zielonych tlen gromadzi się w atmosferze.

Energia związana przez autotrofy w procesie fotosyntezy jest następnie wydawana na żywotną aktywność różnych heterotrofów, w tym ludzi, częściowo zamieniając się w energię cieplną i magazynowana w szeregu składników tworzących biosferę (rośliny i gleba). W biomach lądowych węgiel podczas fotosyntezy jest najsilniej sekwestrowany przez lasy (-11 miliardów ton rocznie), następnie grunty orne (-4 miliardy ton), stepy (-1,1 miliarda ton), pustynie (-0,2 miliarda ton). Ale przede wszystkim węgiel jest wiązany przez Ocean Światowy, który zajmuje około 70% powierzchni Ziemi (127 miliardów ton rocznie).

Powstałe substancje organiczne autotrofów wchodzą do łańcuchów pokarmowych różnych heterotrofów i przechodząc przez nie ulegają przemianie, tracą masę i energię (piramidy masy, energii), ta ostatnia jest wydawana na procesy życiowe wszystkich organizmów zawartych jako ogniwa w łańcuchach pokarmowych, trafia w przestrzeń świata w postaci energii cieplnej.

Materia organiczna różnych organizmów żywych po ich śmierci staje się własnością (pokarmem) mikroorganizmów heterotroficznych. Mikroorganizmy rozkładają materię organiczną poprzez procesy odżywiania, oddychania i fermentacji. Podczas rozkładu węglowodanów powstaje dwutlenek węgla, który jest uwalniany do atmosfery z rozłożonej naziemnej materii organicznej, a także z gleby. W wyniku rozkładu białek powstaje amoniak, który częściowo przedostaje się do atmosfery i głównie poprzez proces nitryfikacji uzupełnia zapasy azotu w glebie.

Część materii organicznej nie ulega rozkładowi, ale tworzy „fundusz rezerwowy”. W czasach prehistorycznych powstawał w ten sposób węgiel, gaz, łupki, a obecnie – torf i próchnica glebowa.

Wszystkie powyższe procesy reprezentują najważniejsze etapy i fazy cykli biochemicznych (węgiel, tlen, azot, fosfor, siarka itp.). Zatem materia żywa w procesie swojego metabolizmu zapewnia stabilność istnienia biosfery o określonym składzie powietrza, wody, gleby i bez ingerencji człowieka ta homeostaza ekosystemu Ziemi zostałaby zachowana w nieskończoność.

2 Wymagania bezpieczeństwa

Doświadczenia przeprowadzane są ściśle według wytycznych metodologicznych. Podczas wykonywania pracy należy przestrzegać ogólnych przepisów bezpieczeństwa obowiązujących laboratoriów chemicznych. W przypadku kontaktu odczynników ze skórą lub odzieżą, zanieczyszczone miejsce należy szybko spłukać dużą ilością wody.

3 Część eksperymentalna

Praca nr 1. Określenie powstawania materii organicznej w liściach roślin podczas fotosyntezy (na podstawie zawartości węgla)

Fotosynteza to główny proces akumulacji materii i energii na Ziemi, w wyniku którego CO2 I H2O powstają substancje organiczne (glukoza w tym wzorze):

6СО2 + 6Н2О + energia świetlna → С6Н12О6+ 602t

Jednym ze sposobów pomiaru intensywności fotosyntezy jest określenie tworzenia się materii organicznej w roślinach na podstawie zawartości węgla, co uwzględnia metoda mokrego spalania opracowana dla gleb i zmodyfikowana dla roślin drzewiastych przez F. 3. Borodulina.

W próbce liści oznacza się zawartość węgla, następnie liście wystawia się na działanie światła na 2-3 godziny lub dłużej i ponownie oznacza się zawartość węgla. Różnica między drugim i pierwszym oznaczeniem, wyrażona na jednostkę powierzchni liścia na jednostkę czasu, wskazuje ilość utworzonej materii organicznej.

Podczas procesu spalania węgiel z liści utlenia się 0,4 N roztworem dwuchromianu potasu w kwasie siarkowym. Reakcja przebiega według następującego równania:

2K2Cr2О7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3СО2

Niezużytą ilość dwuchromianu potasu oznacza się przez ponowne miareczkowanie 0,2 N roztworem soli Mohra:

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

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

Jako wskaźnik stosuje się bezbarwny roztwór difenyloaminy, który po utlenieniu zmienia się w niebieskofioletowy fiolet difenylobenzydynowy. Dwuchromian potasu utlenia difenyloaminę i mieszanina nabiera czerwono-brązowego koloru. Po miareczkowaniu solą Mohra sześciowartościowy chrom redukuje się do trójwartościowego chromu. W rezultacie barwa roztworu zmienia się na niebieską, a pod koniec miareczkowania na niebiesko-fioletową. Podczas miareczkowania chromu, kolejny dodatek soli Mohra powoduje, że utleniona postać wskaźnika przekształca się w zredukowaną (bezbarwną); Pojawia się zielony kolor, który nadają roztworowi jony trójwartościowego chromu. Wyraźne przejście barwy niebieskofioletowej w zieloną utrudniają pojawiające się w trakcie reakcji jony żelaza. Aby koniec reakcji miareczkowania był wyraźniejszy, prowadzi się go w obecności kwasu ortofosforowego, który wiąże jony Fe3+ w bezbarwny jon kompleksowy 3 i zabezpiecza difenyloaminę przed utlenianiem.

Sprzęt, odczynniki, materiały:

1) kolby stożkowe o pojemności 250 ml; 2) żaroodporne kolby stożkowe o pojemności 100 ml; 3) małe lejki szklane stosowane jako chłodnice zwrotne; 4) biurety; 5) 0,4 N roztwór dwuchromianu potasu (w rozcieńczonym kwasie siarkowym (1:1)); 6) 0,2 N roztwór soli Mohra; 7) difenyloamina; 8) 85% kwas fosforowy; 9) wiertło czopowe lub inne urządzenie do wybijania krążków o średnicy 1 cm; 10) cylinder miarowy; 11) rośliny wegetatywne o symetrycznych szerokich i cienkich blaszkach liściowych (geranium, fuksja, liście roślin drzewiastych).

Postęp

Liść rośliny wegetatywnej dzieli się wzdłuż żyły głównej na dwie połowy i na jednym z nich za pomocą wiertła korkowego wycina się 3 krążki o średnicy 1 cm, umieszczone na dnie stożkowej żaroodpornej kolby o pojemności 100 ml, do którego wlewa się 10 ml 0,4 N roztworu K2Cr2O7. . Kolbę zamyka się małym lejkiem z dziobkiem w dół i umieszcza na kuchence elektrycznej z zamkniętą spiralą pod wyciągiem. Gdy roztwór się zagotuje, doprowadzić do delikatnego wrzenia przez 5 minut, czasami lekko potrząsając kolbą okrężnymi ruchami, tak aby krążki były dobrze pokryte płynem. Na wierzch kolby zakłada się pasek z kilku warstw grubego papieru (bez zakrywania szyi), który zapobiegnie poparzeniom dłoni podczas mieszania zawartości kolby i jej przekładania.

Następnie kolbę zdejmuje się z ognia, umieszcza na płytce ceramicznej i chłodzi. Płyn powinien mieć brązowawy kolor. Jeśli jego kolor jest zielonkawy, oznacza to niewystarczającą ilość dwuchromianu potasu pobranego do utlenienia materii organicznej. W takim przypadku oznaczanie należy powtórzyć z większą ilością odczynnika lub mniejszą liczbą cięć.

Do ochłodzonego roztworu dodaje się małymi porcjami w kilku etapach po 150 ml wody destylowanej, następnie ciecz tę stopniowo wlewa się do kolby o pojemności 250 ml, do której dodaje się 3 ml 85% kwasu ortofosforowego i 10 kropli difenyloaminy. Wstrząsnąć zawartość i miareczkować 0,2 N roztworem soli Mohra.

Jednocześnie przeprowadza się kontrolę (bez materiału roślinnego), uważnie obserwując wszystkie powyższe operacje. Sól Mohra stosunkowo szybko traci swoje miano, dlatego przed rozpoczęciem oznaczania należy okresowo sprawdzać roztwór.

Ilość węgla materii organicznej zawartej w 1 dm2 powierzchni liścia oblicza się ze wzoru:

a to ilość soli Mohra w ml zastosowana do miareczkowania roztworu kontrolnego;

b to ilość soli Mohra w ml użyta do miareczkowania roztworu doświadczalnego;

k - poprawka na miano soli Mohra;

0,6 - miligramy węgla odpowiadające 1 ml dokładnie 0,2 N roztworu soli Mohra;

S - powierzchnia sadzonek, cm2.

Schemat rejestrowania wyników

Przykład obliczenia ilości węgla:

1. Na początku eksperymentu:

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

Wodór" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">Wodór ulatnia się w postaci dwutlenku węgla, wody i tlenków azotu. Pozostała nielotna pozostałość (popiół) zawiera pierwiastki zwane popiołami. Różnica pomiędzy masa całej suchej próbki oraz Pozostałość popiołu jest masą materii organicznej.

1) wagi analityczne lub precyzyjne wagi technochemiczne; 2) piec muflowy; 3) szczypce do tygli; 4) kuchenka elektryczna z zamkniętą spiralą; 5) tygle porcelanowe lub tygle wyparne; 6) igły preparacyjne; 7) eksykator; 8) alkohol; 9) woda destylowana; 10) chlorek wapnia; 11) wióry drzewne, rozdrobniona kora, liście, gleba bogata w próchnicę, wysuszone do całkowicie suchej masy.

Postęp

Suche i rozdrobnione próbki drewna, kory, liści i gleby (3-6 g i więcej), wybrane metodą średniej próbki, waży się na kalce technicznej z dokładnością do 0,01 g. Umieszcza się je w wypalonych i zważonych tyglach porcelanowych lub naczyniach do odparowywania (o średnicy 5-7 cm), wypełnionych 1% roztworem chlorku żelaza, który po podgrzaniu brązowieje i nie znika po podgrzaniu. Tygle z materią organiczną umieszcza się na nagrzanym piecu elektrycznym pod wyciągiem i podgrzewa do momentu zwęglenia i zaniku czarnego dymu. Ponadto w przypadku większej ilości materiału roślinnego można go uzupełnić z wcześniej odważonej próbki.

Następnie tygle umieszcza się w piecu muflowym w temperaturze 400-450 ° C i pali przez kolejne 20-25 minut, aż popiół zmieni kolor na szaro-biały. W wyższych temperaturach kalcynacji mogą wystąpić znaczne straty siarki, fosforu, potasu i sodu. Może również nastąpić fuzja z kwasem krzemowym, zapobiegając całkowitemu spopieleniu. W tym przypadku zatrzymuje się kalcynację, tygiel schładza się i dodaje się do niego kilka kropli gorącej wody destylowanej; wysuszyć na płycie grzejnej i kontynuować kalcynację.

Możliwe są następujące warianty barwy popiołu: czerwono-brązowy (przy dużej zawartości tlenków żelaza w próbce), zielonkawy (w obecności manganu), szaro-biały.

W przypadku braku pieca muflowego spalanie można przeprowadzić w celach edukacyjnych na kuchence elektrycznej pod trakcją. Aby wytworzyć wyższe temperatury, należy ściśle zabezpieczyć płytkę blachą żelazną w postaci boku o wysokości 5-7 cm od blachy płytki, a także przykryć ją kawałkiem azbestu na górze. Spalanie trwa 30-40 minut. Podczas spalania należy okresowo mieszać materiał igłą preparacyjną. Spalanie prowadzi się także na popiół biały.

W przypadku powolnego spalania niewielką ilość alkoholu wlewa się do ostudzonych tygli i podpala. W popiele nie powinno być zauważalnych cząstek węgla kamiennego. W przeciwnym razie próbki traktuje się 1 ml wody destylowanej, miesza i powtarza kalcynację.

Po całkowitym spaleniu tygle schładza się w eksykatorze z pokrywką i waży.

Oświadczenie" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">oświadczenie narysowane na tablicy.

Schemat rejestrowania wyników

Każda społeczność organizmów żywych na Ziemi charakteryzuje się produktywnością i zrównoważonym rozwojem. Produktywność definiuje się w szczególności jako różnicę pomiędzy akumulacją i zużyciem materii organicznej podczas takich kardynalnych procesów, jak fotosynteza i oddychanie. W pierwszym procesie materia organiczna syntetyzowana jest z dwutlenku węgla i wody przy wydzieleniu tlenu, w drugim ulega rozkładowi w wyniku procesów oksydacyjnych zachodzących w mitochondriach komórek wraz z absorpcją tlenu. Różne rośliny różnią się znacznie pod względem powiązań między tymi procesami. Tak, j C4 rośliny (kukurydza, sorgo, trzcina cukrowa, namorzyny) charakteryzują się dużą intensywnością fotosyntezy przy niewielkim oddychaniu światłem, co zapewnia ich wysoką produktywność w porównaniu do roślin C3 rośliny (pszenica, ryż).

C3 - rośliny. To większość roślin na Ziemi, które to wykonują C3- sposób wiązania dwutlenku węgla podczas fotosyntezy, w wyniku którego powstają związki trójwęglowe (glukoza itp.). Są to głównie rośliny umiarkowanych szerokości geograficznych z optymalną temperaturą +20...+25°C, a maksymalną +35...+45°C.

C4 - rośliny. Są to te, których produkty utrwalające CO2 to czterowęglowe kwasy organiczne i aminokwasy. Dotyczy to głównie roślin tropikalnych (kukurydza, sorgo, trzcina cukrowa, namorzyny). C4- ścieżka fiksacji CO2 występuje obecnie u 943 gatunków z 18 rodzin i 196 rodzajów, w tym w wielu roślinach zbożowych występujących w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Rośliny te charakteryzują się bardzo dużą intensywnością fotosyntezy i dobrze tolerują wysokie temperatury (optimum +35...+45°C, maksymalnie +45...+60°C). Są bardzo przystosowane do warunków gorących, efektywnie wykorzystują wodę, dobrze znoszą stres - suszę, zasolenie, charakteryzują się zwiększoną intensywnością wszelkich procesów fizjologicznych, co decyduje o ich bardzo wysokiej produktywności biologicznej i ekonomicznej.

Oddychanie tlenowe (z udziałem tlenu) jest procesem odwrotnym do fotosyntezy. W procesie tym substancje organiczne syntetyzowane w komórkach (sacharoza, kwasy organiczne i tłuszczowe) ulegają rozkładowi, uwalniając energię:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + energia

Wszystkie rośliny i zwierzęta otrzymują energię do utrzymania swoich funkcji życiowych poprzez oddychanie.

Metoda określania szybkości oddychania roślin polega na uwzględnieniu ilości wydzielanego przez rośliny dwutlenku węgla, który jest pochłaniany przez baryt:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Nadmiar barytu, z którym nie przereagował CO2, miareczkować kwasem solnym:

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

Sprzęt, odczynniki, materiały

1) kolby stożkowe szerokoszyjne o pojemności 250 ml; 2) zatyczki gumowe z wywierconymi otworami, w które wkładana jest szklana rurka; do rurki wciąga się cienki drut o długości 12-15 cm; 3) skale technochemiczne; 4) ciężary; 5) czarny nieprzezroczysty papier; 6) biurety z roztworem Ba(OH)2 z korkiem na górze, do którego wkładana jest rurka z wapnem sodowanym; 7) 0,1 N roztwór Ba(OH)2; 8) 0,1 N roztwór HCl; 9) 1% roztwór fenoloftaleiny w zakraplaczu; 10) zielone liście, świeżo zebrane w naturze lub liście roślin domowych.

Postęp

Odważa się 5-8 g zielonych, świeżo zebranych liści rośliny wraz z ogonkami w skali technochemicznej, ogonki mocuje się jednym końcem drutu, który przeciąga się przez otwór w korku (ryc. 1).

Ryż. 1. Zamontowana kolba do określania intensywności oddychania:

1 - drut, 2 - szklana rurka, 3 - gumowy korek, 4 - kiść liści, 5 - baryt.

Zaleca się wykonanie w pierwszej kolejności instalacji próbnej poprzez opuszczenie materiału do kolby i zamknięcie kolby korkiem. Upewnij się, że korek szczelnie zakrywa kolbę, kiść liści znajduje się w górnej części kolby, a odległość barytu od kiści jest odpowiednio duża. Zaleca się uszczelnienie wszystkich otworów pomiędzy kolbą, korkiem i rurką plasteliną oraz zaizolowanie układu kawałkiem folii na górnym wyjściu drutu z rurki.

Do kolb probierczych wlewa się z biurety 10 ml 0,1 N roztworu Ba(OH)2, materiał umieszcza się i izoluje w powyższy sposób. Kontrolę (bez roślin) przeprowadza się 2-3 razy. Wszystkie kolby przykrywa się czarnym nieprzezroczystym papierem w celu wykluczenia fotosyntezy i tożsamości wszystkich kolb, odnotowuje się czas rozpoczęcia doświadczenia, który trwa 1 h. W trakcie doświadczenia kolbami należy okresowo delikatnie kołysać, aby zniszczyć tworzącą się warstwę BaCO3 na powierzchni barytu i zapobiega całkowitej absorpcji CO2.

Po godzinie lekko otworzyć korek i wyjąć materiał z kolb szybko wyciągając drut z listkami. Natychmiast zamknij korek, izolując górną część tuby folią. Przed miareczkowaniem dodaj 2-3 krople fenoloftaleiny do każdej kolby: roztwór zmieni kolor na szkarłatny. Miareczkować wolny baryt 0,1 N HCl. W tym przypadku najpierw miareczkuje się kolby kontrolne. Weź średnią i miareczkuj w kolbach doświadczalnych. Roztwory należy miareczkować ostrożnie, aż do odbarwienia. Wyniki zapisz w tabeli (na tablicy i w zeszycie).

Produkt końcowy" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">produkty końcowe

Inną formą rozkładu materii organicznej do najprostszych związków są procesy mikrobiologiczne zachodzące w glebach i wodach, w wyniku których powstaje próchnica glebowa oraz różnorodne osady denne z częściowo rozłożonej materii organicznej (sapropel itp.). Głównym z tych procesów jest biologiczny rozkład przez saprofity substancji organicznych zawierających azot i węgiel, co stanowi integralną część cykli tych pierwiastków w cyklach naturalnych. Bakterie amonifikujące mineralizują białka z pozostałości roślinnych i zwierzęcych, a także innych mikroorganizmów (w tym wiążących azot), mocznik, chitynę i kwasy nukleinowe, w wyniku czego powstaje amoniak (NH3). Białka roślinne i zwierzęce zawierające siarkę również ulegają rozkładowi, w wyniku czego powstaje siarkowodór (H2S). Produktami odpadowymi mikroorganizmów są związki indolowe, które działają jako stymulatory wzrostu. Najbardziej znanym jest kwas β-indolilooctowy lub heteroauksyna. Substancje indolowe powstają z aminokwasu tryptofanu.

Proces rozkładu substancji organicznych na proste związki ma charakter enzymatyczny. Ostatnim etapem amonifikacji są dostępne dla roślin sole amonowe.

Sprzęt, odczynniki, materiały

1) skale technochemiczne; 2) termostat; 3) probówki; 4) korki bawełniane; 5) zlewki; 6) szalki Petriego; 7) NaHCO3 8) 5% PbNO3 lub Pb(CH3COO)2; 9) Odczynnik Salkowskiego; 10) odczynnik Ehrlicha; 11) odczynnik ninhydrynowy; 12) Odczynnik Nesslera; 13) gleba próchniczna; 14) świeże liście łubinu lub suszone liście innych roślin strączkowych; 15) ryba, mączka mięsna lub kawałki mięsa, ryba.

Postęp

A. Amonifikacja białek zwierzęcych

a) Do probówki włóż 0,5-1 g świeżej ryby lub mały kawałek mięsa. Dodać osiadłą wodę do połowy objętości probówki i 25-50 mg NaHCO33 (na czubku skalpela) w celu zneutralizowania środowiska, co sprzyja działaniu amonifikatorów (sprzyja im środowisko obojętne lub lekko zasadowe o pH = 7 i wyższym). Do pożywki dodać niewielką bryłę ziemi próchnicznej w celu wprowadzenia amonifikatorów, wymieszać zawartość probówki, zatkać probówkę bawełnianym korkiem, uprzednio zabezpieczając między korek a probówkę kawałek ołowianego papieru (ryc. 2). ), aby nie dotykał roztworu. Owiń każdą probówkę od góry folią, aby zapobiec ulatnianiu się gazu z probówki. Umieścić wszystko w termostacie w temperaturze 25-30°C na 7-14 dni.

Ryż. 2. Zamontowana probówka do oznaczania amonifikacji białek: 1 - probówka; 2 - bawełniana wtyczka; 3 - papier ołowiowy; 4 - środa.

Doświadczenie to symuluje rozkład pozostałości organicznych w środowisku wodnym stojącego zbiornika (np. stawu), do którego mogą zostać wypłukane cząsteczki gleby z sąsiednich pól.

b) Do szklanki wsypać ziemię humusową, zalać osiadłą wodą, zakopać w ziemi mały kawałek mięsa, pomiędzy ziemię a brzeg szklanki wzmocnić papierem ołowiowym, zamknąć układ szalką Petriego (stroną do dołu), włożyć w termostacie w temperaturze 25-30 ° C przez jeden lub dwa tygodnie.

Doświadczenie to symuluje rozkład pozostałości organicznych (robaków, różnych zwierząt glebowych) w glebie.

B. Amonifikacja resztek roślinnych

Monitoruj rozkład zielonego nawozu w glebie, napełniając zlewkę o pojemności 100 ml ziemią humusową i zakopując kilka kawałków zielonych łodyg i liści łubinu wieloletniego, grochu i fasoli posadzonych jesienią w doniczce. Możesz użyć suszonych części roślin strączkowych zebranych latem, gotowanych na parze w wodzie. Szklanki przykryć pokrywką z szalki Petriego, umieścić w termostacie w temperaturze 25-30°C na okres jednego do dwóch tygodni, utrzymując w trakcie doświadczenia normalną wilgotność gleby (60% pełnej wilgotności), nie dopuszczając do jej nadmiernego nawilżania .

Kontynuacja pracy nr 4 (wykonana w ciągu 7-14 dni)

a) Odfiltrować część roztworu hodowlanego z probówek, w których nastąpił rozkład białek zwierzęcych. Zwróć uwagę na powstawanie nieprzyjemnych zapachów (siarkowodór - zapach zgniłych jaj, związków indolowych itp.).

Wykryj powstawanie amoniaku dodając 2-3 krople odczynnika Nesslera do 1 ml roztworu hodowlanego. Aby to zrobić, wygodnie jest użyć szkiełka zegarkowego umieszczonego na kartce białego papieru lub porcelanowym kubku. Zażółcenie roztworu wskazuje na obecność amoniaku powstałego podczas niszczenia białek.

Wykryj obecność siarkowodoru poprzez czernienie papieru ołowiowego nad roztworem lub podczas opuszczania go do roztworu.

Za pomocą mikropipety z wyciągniętą końcówką nanieść roztwór hodowli na filtr lub bibułę chromatograficzną (10-20 kropli w jednym miejscu), osuszyć nad wentylatorem, wkroplić odczynnik Salkovsky'ego, Ehrlicha lub ninhydrynowy. Podgrzej nad kuchenką. Związki indolowe z odczynnikiem Salkowskiego dają barwę niebieską, czerwoną, szkarłatną w zależności od składu produktu indolowego (kwas auksyno-indolooctowy daje barwę czerwoną). Odczynnik Ehrlicha daje fioletową barwę w przypadku pochodnych indolu. Odczynnik ninhydrynowy jest reakcją na aminokwas tryptofan (prekursor auksyn indolowych). Po podgrzaniu zmienia kolor na niebieski.

b) Wyjmij kawałek mięsa lub ryby z ziemi wraz z ziemią przylegającą do kawałka, włóż do szklanki, zalej niewielką ilością wody, rozgnieć szklaną pałeczką, wstrząśnij, przefiltruj. Oznaczyć zawartość amoniaku, siarkowodoru i indolu w filtracie, stosując powyższe metody. Podobne procesy zachodzą w glebie, gdy martwe zwierzęta gniją.

c) Usuń z gleby na wpół rozłożone łodygi zielonej masy łubinu, oczyść je z gleby i rozdrobnij niewielką ilością wody. Przesączyć 1-2 ml roztworu i wykonać próbę na obecność azotu amonowego, powstającego podczas mineralizacji białek roślinnych (odczynnikiem Nesslera). Podobne procesy zachodzą w glebie podczas orki w nawozy zielone lub pozostałości organiczne w postaci obornika, torfu, sapropelu itp.

Określ obecność siarkowodoru, substancji indolowych, tryptofanu.

d) Kroplę płynu hodowlanego z probówki, w której nastąpił rozkład białka zwierzęcego, umieścić na szkiełku mikroskopowym i obejrzeć pod mikroskopem przy powiększeniu 600. Wykrywa się wiele mikroorganizmów powodujących rozkład substancji organicznych. Często poruszają się energicznie i wyginają się jak robak.

Wstęp. 3

2 Wymagania bezpieczeństwa. 4

3 Część eksperymentalna. 4

Praca nr 1. Określenie powstawania materii organicznej w liściach roślin podczas fotosyntezy (na podstawie zawartości węgla) 4

Praca nr 2. Określenie akumulacji materii organicznej w biomasie roślinnej i glebie. 8

Praca nr 3. Określenie spożycia materii organicznej przez rośliny podczas oddychania 11

Praca nr 4. Rozkład materii organicznej w wodzie i glebie z oznaczeniem niektórych produktów końcowych. 14

Jednym z głównych założeń hipotezy heterotroficznej jest to, że pojawienie się życia zostało poprzedzone akumulacją cząsteczek organicznych. Dzisiaj cząsteczkami organicznymi nazywamy wszystkie cząsteczki zawierające węgiel i wodór. Cząsteczki nazywamy także organicznymi, ponieważ pierwotnie uważano, że związki tego rodzaju mogą być syntetyzowane jedynie przez żywe organizmy.

Jednak już w 1828 r Chemicy nauczyli się syntetyzować mocznik z substancji nieorganicznych. Mocznik jest związkiem organicznym wydalanym z moczem wielu zwierząt. Organizmy żywe uznawano za jedyne źródło mocznika, dopóki nie udało się go zsyntetyzować w laboratorium. Warunki laboratoryjne, w jakich chemicy otrzymywali związki organiczne, najwyraźniej w pewnym stopniu imitują warunki środowiskowe panujące na Ziemi we wczesnym okresie jej istnienia. Warunki te mogłyby, zdaniem autorów hipotezy heterotroficznej, prowadzić do powstawania związków organicznych z atomów tlenu, wodoru, azotu i węgla.

Laureat Nagrody Nobla Harold Urey, pracujący na Uniwersytecie w Chicago, zainteresował się ewolucją związków chemicznych na Ziemi we wczesnym okresie jej istnienia. Omówił ten problem z jednym ze swoich uczniów, Stanleyem Millerem. W maju 1953 roku Miller opublikował artykuł zatytułowany „Tworzenie aminokwasów w warunkach podobnych do tych, jakie istniały na Ziemi we wczesnym okresie”, w którym wskazał, że A.I. Oparin jako pierwszy wyraził pogląd, że podstawa życia, czyli związki organiczne, powstały w okresie, gdy ziemska atmosfera zawierała metan, amoniak, wodę i wodór, a nie dwutlenek węgla, azot, tlen i wodę. Ostatnio pomysł ten został potwierdzony w robotach Urey i Bernal.

Aby sprawdzić tę hipotezę, w specjalnie stworzonym urządzeniu mieszaninę gazów CH4, NH3, H2O i H2 przepuszczono przez system rurek, po czym w określonym momencie doszło do wyładowania elektrycznego. Oznaczono zawartość aminokwasów w powstałej mieszaninie.

Wyładowanie elektryczne przepuszczano przez hermetyczne urządzenie wypełnione metanem, wodorem i amoniakiem, zaprojektowane przez Millera. Para wodna pochodziła ze specjalnego urządzenia podłączonego do głównej części urządzenia. Para przepływająca przez urządzenie schładzała się i skraplała w postaci deszczu. W ten sposób laboratorium dość dokładnie odtworzyło warunki panujące w atmosferze prymitywnej Ziemi. Należą do nich upał, deszcz i krótkie błyski światła. Tydzień później Miller przeanalizował gaz znajdujący się w warunkach eksperymentalnych. Odkrył, że wcześniej bezbarwna ciecz zmieniła kolor na czerwony.

Analiza chemiczna wykazała, że ​​w cieczy pojawiły się związki, których nie było na początku doświadczenia. Atomy niektórych cząsteczek gazu połączyły się, tworząc nowe i bardziej złożone cząsteczki organiczne. Analizując związki zawarte w cieczy, Miller odkrył, że powstały w niej cząsteczki organiczne zwane aminokwasami. Aminokwasy składają się z atomów węgla, wodoru, tlenu i azotu.

Każdy atom węgla może tworzyć cztery wiązania chemiczne z innymi atomami. Eksperymenty Millera wskazują, że podobne procesy mogły zachodzić w atmosferze ziemskiej we wczesnym okresie jej istnienia. Eksperymenty te dostarczyły ważnego potwierdzenia hipotezy heterotroficznej.

Nie narzucajmy się od początku sztywnymi ramami i opisujmy pojęcie jak najprościej: proces utleniania substancji organicznych (organicznych; są to np. białka, tłuszcze i węglowodany) to reakcja, w wyniku której powstaje wzrost objętości tlenu (O2) i spadek objętości wodoru (H2).

Substancje organiczne to różne związki chemiczne zawierające (C). Wyjątkami są kwas węglowy (H2CO3), węgliki (na przykład karborund SiC, cementyt Fe3C), węglany (na przykład kalcyt CaCO3, magnezyt MgCO3), tlenki węgla, cyjanki (takie jak KCN, AgCN). Substancje organiczne oddziałują z najbardziej znanym utleniaczem, tlenem O2, tworząc wodę H2O i dwutlenek węgla CO2.

Proces utleniania substancji organicznych

Jeśli myśleć logicznie, to skoro proces całkowitego utleniania jest spalaniem, to proces niepełnego utleniania jest utlenianiem materii organicznej, ponieważ przy takim efekcie substancja nie zapala się, a jedynie ją podgrzewa (towarzyszy temu wydzielanie się pewna ilość energii w postaci ATP – adenozynotrójfosforanu – i ciepła Q ).

Reakcja utleniania organicznego nie jest zbyt skomplikowana, dlatego już na początku zajęć z chemii zaczynają ją analizować, a studenci szybko przyswajają informacje, jeśli oczywiście włożą w to choć trochę wysiłku. Dowiedzieliśmy się już, na czym polega ten proces, a teraz musimy zagłębić się w samą istotę sprawy. Jak zatem przebiega reakcja i na czym ona polega?

Utlenianie materii organicznej jest rodzajem przejścia, przemianą jednej klasy związków w inną. Przykładowo cały proces rozpoczyna się od utlenienia węglowodoru nasyconego i jego przemiany w nienasycony, następnie powstałą substancję utlenia się do alkoholu; alkohol z kolei tworzy aldehyd, a kwas karboksylowy „wypływa” z aldehydu. W wyniku całej procedury otrzymujemy dwutlenek węgla (pisząc równanie, nie zapomnij umieścić odpowiedniej strzałki) i wodę.

Jest to reakcja utleniania-redukcji i w większości przypadków substancja organiczna wykazuje właściwości redukujące, ale sama ulega utlenieniu. Każdy pierwiastek ma swoją własną klasyfikację – jest to środek redukujący lub utleniacz, a nazwę nadajemy na podstawie wyniku ORR.

Zdolność substancji organicznych do utleniania

Teraz wiemy, że w procesie reakcji redoks (reakcji redoks) biorą udział czynnik utleniający, który pobiera elektrony i ma ładunek ujemny, oraz czynnik redukujący, który oddaje elektrony i ma ładunek dodatni. Jednak nie każda substancja może wejść w proces, który rozważamy. Aby ułatwić zrozumienie, spójrzmy na punkty.

Związki nie utleniają się:

• Alkany – inaczej zwane parafinami lub węglowodorami nasyconymi (np. metan, który ma wzór CH4);
• Areny to aromatyczne związki organiczne. Wśród nich benzen nie jest utleniany (w teorii tę reakcję można przeprowadzić, ale w kilku długich etapach; benzenu nie można utlenić samodzielnie);
• Alkohole trzeciorzędowe to alkohole, w których grupa hydroksylowa OH jest związana z trzeciorzędowym atomem węgla;
• Fenol to inna nazwa kwasu karbolowego, zapisana w chemii jako wzór C6H5OH.

Przykłady substancji organicznych zdolnych do utleniania:

• Alkeny;
• Alkiny (w rezultacie prześledzimy powstawanie aldehydu, kwasu karboksylowego lub ketonu);
• Alkadieny (tworzą się alkohole wielowodorotlenowe lub kwasy);
• Cykloalkany (w obecności katalizatora tworzy się kwas dikarboksylowy);
• Areny (każda substancja o strukturze podobnej do benzenu, czyli jej homologi, można utlenić do kwasu benzoesowego);
• Alkohole pierwszorzędowe, drugorzędowe;
• Aldehydy (mają zdolność utleniania węgli);
• Aminy (podczas utleniania powstaje jeden lub więcej związków z grupą nitrową NO2).

Utlenianie substancji organicznych w komórkach organizmów roślinnych, zwierzęcych i ludzkich

To najważniejsze pytanie nie tylko dla osób zainteresowanych chemią. Każdy powinien posiadać tego rodzaju wiedzę, aby wyrobić sobie prawidłowe wyobrażenie o różnych procesach zachodzących w przyrodzie, o wartości jakichkolwiek substancji w świecie, a nawet o sobie samym - osobie.

Ze szkolnych zajęć z biologii zapewne już wiesz, że utlenianie materii organicznej odgrywa ważną rolę biologiczną w organizmie człowieka. W wyniku reakcji redoks następuje rozkład BFA (białek, tłuszczów, węglowodanów): w komórkach uwalniane jest ciepło, ATP i inne nośniki energii, a nasz organizm zawsze otrzymuje wystarczającą ilość do wykonywania czynności i normalnego funkcjonowania. narządy.

Zachodzenie tego procesu pomaga utrzymać stałą temperaturę ciała w organizmie nie tylko człowieka, ale także każdego innego stałocieplnego zwierzęcia, a także pomaga regulować stałość środowiska wewnętrznego (to się nazywa homeostaza), metabolizm, zapewnia wysokiej jakości funkcjonowanie organelli komórkowych, narządów, a także spełnia wiele innych niezbędnych funkcji.

Podczas fotosyntezy rośliny pochłaniają szkodliwy dwutlenek węgla i wytwarzają tlen niezbędny do oddychania.

Biologiczne utlenianie substancji organicznych może zachodzić wyłącznie przy użyciu różnych nośników elektronów i enzymów (bez nich proces ten trwałby niezwykle długo).

Rola utleniania organicznego w przemyśle

Jeśli mówimy o roli utleniania substancji organicznych w przemyśle, zjawisko to wykorzystuje się w syntezie, w pracy bakterii kwasu octowego (przy niepełnym utlenianiu organicznym tworzą szereg nowych substancji), a w niektórych przypadkach w przypadku substancji organicznych możliwe jest również wytwarzanie substancji wybuchowych.

Zasady pisania równań w chemii organicznej

W chemii nie można obejść się bez ułożenia równania - jest to rodzaj języka tej nauki, którym mogą posługiwać się wszyscy naukowcy na świecie, niezależnie od narodowości, i rozumieć się nawzajem.

Jednak największe trudności pojawiają się przy układaniu równań podczas studiowania chemii organicznej.

Omówienie tego tematu wymaga bardzo długiego czasu, dlatego tutaj wybraliśmy jedynie krótki algorytm działań mających na celu rozwiązanie łańcucha równań z pewnymi wyjaśnieniami:

1. Po pierwsze, od razu sprawdzamy, ile reakcji zachodzi w danym procesie i numerujemy je. Określamy także klasy, nazwy substancji wyjściowych i substancji, które ostatecznie powstają;
2. Po drugie, konieczne jest wypisanie wszystkich równań jeden po drugim i ustalenie rodzaju ich reakcji (związanie, rozkład, wymiana, podstawienie) i warunków.
3. Następnie możesz utworzyć wagi elektroniczne i nie zapomnij ustawić współczynników.

Reakcje utleniania substancji organicznych i końcowe produkty ich powstawania

Utlenianie benzenu

Nawet w najbardziej agresywnych warunkach benzen nie jest podatny na utlenianie. Jednakże homologi benzenu są zdolne do utleniania się pod wpływem roztworu nadmanganianu potasu w obojętnym środowisku, tworząc benzoesan potasu.

Jeśli zmienisz środowisko obojętne na kwaśne, homologi benzenu można utlenić nadmanganianem lub dichromianem potasu, tworząc ostatecznie kwas benzoesowy.

Wzór na powstawanie kwasu benzoesowego

Utlenianie alkenów

Kiedy alkeny utlenia się nieorganicznymi utleniaczami, końcowymi produktami są tzw. alkohole diwodorotlenowe – glikogeny. Czynnikami redukującymi w tych reakcjach są atomy węgla.

Wyraźnym tego przykładem jest reakcja chemiczna roztworu nadmanganianu potasu w połączeniu ze słabo zasadowym środowiskiem.

Agresywne warunki utleniania prowadzą do zniszczenia łańcucha węglowego przy podwójnym wiązaniu z końcowymi produktami powstawania w postaci dwóch kwasów. Ponadto, jeśli środowisko ma wysoką zawartość zasad, tworzą się dwie sole. W wyniku rozpadu łańcucha węglowego może powstać również kwas i dwutlenek węgla, ale w silnie zasadowym środowisku produktami reakcji utleniania są sole węglanowe.

Alkeny mają zdolność utleniania po zanurzeniu w kwaśnym środowisku dwuchromianu potasu według podobnego schematu podanego w dwóch pierwszych przykładach.

Utlenianie alkinów

W przeciwieństwie do alkenów, alkiny utleniają się w bardziej agresywnym środowisku. Zniszczenie łańcucha węglowego następuje w miejscu potrójnego wiązania. Wspólną właściwością alkenów są ich środki redukujące w postaci atomów węgla.

Wyjściowymi produktami reakcji są dwutlenek węgla i kwasy. Nadmanganian potasu umieszczony w kwaśnym środowisku będzie działał jako środek utleniający.

Produktem utleniania acetylenu po zanurzeniu w obojętnym środowisku z nadmanganianem potasu jest szczawian potasu.

Po zmianie środowiska obojętnego na kwaśne, reakcja utleniania prowadzi do powstania dwutlenku węgla lub kwasu szczawiowego.

Utlenianie aldehydów

Aldehydy są łatwo podatne na utlenianie ze względu na swoje właściwości jako silne środki redukujące. Jako utleniacze aldehydów możemy wyróżnić, podobnie jak w poprzednich wersjach, nadmanganian potasu z dwuchromianem potasu, a także roztwór hydroksydiaminy srebra – OH i wodorotlenku miedzi – Cu(OH)2, które są przeważnie charakterystyczne dla aldehydów. Ważnym warunkiem zajścia reakcji utleniania aldehydu jest wpływ temperatury.

Na filmie można zobaczyć jak oznacza się obecność aldehydów w reakcji z wodorotlenkiem miedzi.

Aldehydy można utlenić do kwasów karboksylowych pod wpływem hydroksydiaminy srebra w postaci roztworu z uwolnieniem soli amonowych. Reakcja ta nazywana jest „srebrnym lustrem”.

Poniższy film przedstawia interesującą reakcję zwaną „srebrnym lustrem”. Doświadczenie to polega na oddziaływaniu glukozy, która jest również aldehydem, z roztworem amoniaku srebra.

Utlenianie alkoholi

Produkt utleniania alkoholi zależy od rodzaju atomu węgla, z którym jest związana grupa OH alkoholu. Jeśli grupa jest połączona pierwszorzędowym atomem węgla, produktem utleniania będą aldehydy. Jeśli grupa OH alkoholu jest połączona z drugorzędowym atomem węgla, wówczas produktem utleniania są ketony.

Aldehydy, powstałe z kolei podczas utleniania alkoholi, można następnie utlenić, tworząc kwasy. Osiąga się to poprzez utlenianie alkoholi pierwszorzędowych dwuchromianem potasu w środowisku kwaśnym podczas wrzenia aldehydu, który z kolei nie ma czasu na utlenienie podczas odparowania.

W warunkach nadmiernej obecności środków utleniających, takich jak nadmanganian potasu (KMnO4) i dwuchromian potasu (K2Cr2O7), w niemal każdych warunkach alkohole pierwszorzędowe mają zdolność utleniania z wydzieleniem kwasów karboksylowych, do alkoholi drugorzędowych, z kolei ketonów , przykłady reakcji z produktami tworzenia zostaną omówione poniżej.

Glikol etylenowy lub tzw. alkohol dwuwodorotlenowy, w zależności od środowiska, może utlenić się do produktów takich jak kwas szczawiowy czy szczawian potasu. Jeśli glikol etylenowy znajduje się w roztworze nadmanganianu potasu z dodatkiem kwasu, powstaje kwas szczawiowy, jeśli alkohol diwodorotlenowy znajduje się w tym samym roztworze nadmanganianu potasu lub dichromianu potasu, ale w środowisku obojętnym, wówczas powstaje szczawian potasu. Rozważmy te reakcje.

Dowiedzieliśmy się wszystkiego, co trzeba na początku zrozumieć, a nawet zaczęliśmy analizować tak trudny temat, jak rozwiązywanie i układanie równań. Podsumowując, możemy tylko powiedzieć, że zrównoważona praktyka i częsta nauka pomogą Ci szybko utrwalić przerobiony materiał i nauczyć się rozwiązywać problemy.

I. Rozwój idei dotyczących pochodzenia życia na Ziemi.

1. Podstawowe pojęcia wyjaśniające pochodzenie życia na naszej planecie:

• Życie na ziemi zostało stworzone przez Boga.
• Istoty żywe na planecie wielokrotnie spontanicznie powstawały z istot nieożywionych.
• Życie istniało zawsze.

*Biogeneza – uogólnienie empiryczne (w połowie XIX w.), stwierdzające, że wszystko

istoty żywe pochodzą wyłącznie od istot żywych.

• Życie na Ziemi zostało sprowadzone z zewnątrz (na przykład z innych planet).

*Hipoteza panspermia (zaproponowany przez G. Richtera w 1865 r. i sformułowany przez S. Arrheniusa w 1895 r.)

• Życie powstało w pewnym okresie rozwoju Ziemi w wyniku ewolucji biochemicznej. Teoria abiogeneza (teoria koacerwatu AI Oparina).

2. Istota i znaczenie twórczości Francesco Rediego (1626-1698), Louisa Pasteura (1822-1895).

II. Podstawowe właściwości układów żywych (kryteria życia):

• złożoność i wysoki stopień organizacji
• jedność składu chemicznego
• dyskrecja
• metabolizm (metabolizm)
• samoregulacja (autoregulacja → homeostaza)
• drażliwość
• zmienność
• dziedziczność
• samoreprodukcja (reprodukcja)
• rozwój (ontogeneza i filogeneza)
• otwartość
• zależność energetyczna
• rytm
• zdolność adaptacji
• pojedyncza zasada organizacji strukturalnej - komórka*

III. Współczesne idee dotyczące pochodzenia życia na Ziemi opierają się

na teorii abiogenezy.

Wnioski:

1 – ewolucję biologiczną poprzedziła długa ewolucja chemiczna ( abiogenny );

2 - pojawienie się życia jest etapem ewolucji materii we wszechświecie;

3 – schemat głównych etapów powstawania życia można zweryfikować eksperymentalnie w laboratorium i wyrazić w postaci poniższego diagramu:

atomy → proste cząsteczki → makrocząsteczki →

układy ultramolekularne (probionty) → organizmy jednokomórkowe;

4 – miała pierwotna atmosfera Ziemi Naprawczy charakter (CH 4, NH 3, H 2 O, H 2), dzięki temu pierwsze organizmy zostały heterotrofy ;

5 – Darwinowskie zasady doboru naturalnego i przetrwania najsilniejszego

można przenieść do systemów prebiologicznych;

6 – obecnie istoty żyjące pochodzą wyłącznie od istot żywych (biogenicznie). Możliwość

Ponowne pojawienie się życia na Ziemi jest wykluczone.

I. Ewolucja nieorganiczna i warunki powstania życia na Ziemi.

1. Pojawienie się atomów pierwiastków chemicznych jest początkowym etapem ewolucji nieorganicznej.

W głębi Słońca i gwiazd, w plazmie, następuje tworzenie złożonych jąder z najprostszych. Materia znajduje się w ciągłym ruchu i rozwoju.

Planeta Ziemia powstała 4,5 - 7 miliardów lat temu (chmura gazu i pyłu).

Pojawienie się twardej skórki ( wiek geologiczny) 4 – 4,5 miliarda lat temu

Tworzenie najprostszych związków nieorganicznych.

C, H, O, N, F (pierwiastki biogenne) są szeroko rozpowszechnione w kosmosie i miały świetną okazję do wzajemnego reagowania, co ułatwiło promieniowanie elektromagnetyczne i ciepło.

Pierwotna atmosfera Ziemi miała Naprawczy znak: CH 4, NH 3, H 2 O, H 2.

Skład pierwotnej litosfery: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K itp.

Hydrosfera pierwotna: mniej niż 0,1 objętości wody w dzisiejszych oceanach, pH = 8-9.

Tworzenie najprostszych związków organicznych.

Etap ten związany jest ze specyficzną wartościowością węgla – głównego nośnika życia organicznego, jego zdolnością do łączenia się z niemal wszystkimi pierwiastkami, tworzenia łańcuchów i cykli, z jego aktywnością katalityczną i innymi właściwościami.

Scharakteryzowano cząsteczki organiczne Izomeria lustrzana , tj. mogą występować w dwóch formach strukturalnych, podobnych i jednocześnie różnych od siebie. Ta cecha cząsteczek występujących w dwóch formach lustrzanych nazywa się chiralność. Wśród substancji organicznych, które go posiadają, znajdują się molekularne „cegiełki” życia – aminokwasy i cukry. Charakteryzują się absolutną czystością chiralną: białka zawierają tylko „lewoskrętne” aminokwasy, a kwasy nukleinowe zawierają tylko „praworęczne” cukry. Jest to najważniejsza cecha odróżniająca żywe od nieożywionego. Przyroda nieożywiona ma tendencję do ustanawiania lustrzanej symetrii (racemizacji) - równowagi między lewą i prawą stroną. Naruszenie symetrii lustrzanej jest warunkiem pojawienia się życia.

4. Abiogenna synteza biopolimerów– białka i kwasy nukleinowe.

Zestaw warunków : dość wysoka temperatura powierzchni planety, aktywna aktywność wulkaniczna, gazowe wyładowania elektryczne, promieniowanie ultrafioletowe.

Zaabsorbowane na błotnistym dnie wysychających lagun morskich różne monomery ulegały polimeryzacji, kondensacji i odwadnianiu pod wpływem energii słonecznej. Ocean został wzbogacony w polimery, tworząc „bulion pierwotny” i tworząc koacerwaty.

Koacerwaty– skrzepy związków wielkocząsteczkowych, zdolnych do adsorbowania różnych substancji. Związki chemiczne mogą przedostać się do nich osmotycznie ze środowiska i może nastąpić synteza nowych związków. Koacerwaty działają jak systemy otwarte zdolny do metabolizm i wzrost. Może mechaniczne kruszenie.

II. Przejście od ewolucji chemicznej do biologicznej.

A.I. Oparin (1894-1980) zasugerował, że przejście od ewolucji chemicznej do biologicznej wiąże się z pojawieniem się najprostszych układów organicznych z rozdzielonymi fazami - probionci , zdolne do wykorzystania substancji pochodzących ze środowiska ( metabolizm) oraz energię i na tej podstawie wdrażamy najważniejsze funkcje życiowe to wzrost i poddawanie się selekcji naturalnej.

Prawdziwy początek ewolucji biologicznej wyznacza pojawienie się probiontów kodują zależności pomiędzy białkami i kwasami nukleinowymi. Interakcja białek i kwasów nukleinowych doprowadziła do pojawienia się takich właściwości istot żywych jak samoreprodukcja, zachowanie informacji dziedzicznej i jej przekazywanie kolejnym pokoleniom. Prawdopodobnie na wcześniejszych etapach życia istniały niezależne od siebie układy molekularne polipeptydów i polinukleotydów. W wyniku ich połączenia, zdolność samoreprodukcja suplementowane kwasy nukleinowe katalityczny aktywność białka.