Органические и неорганические вещества

Впервые термин «органическая химия» появился в 1808 году в «Учебнике химии» шведского учёного И.Я. Берцелиуса. Название «органические соединения» появилось немного раньше. Учёные той эпохи разделили вещества на две группы достаточно условно: они считали, что живые существа состоят из особых органических соединений, а объекты неживой природы – из неорганических.

Принципиальных различий между органическими и неорганическими веществами  нет. «Здесь, как и везде, разграничения и рубрики принадлежат не природе, не сущности, а человеческому суждению, которому они нужды для собственного удобства», – это сказал Александр Михайлович Бутлеров – создатель теории  строения органических соединений.

Органические и неорганические вещества отличаются лишь некоторыми особенностями.

Большинство неорганических веществ имеет немолекулярное  строение, поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения.

Неорганические вещества  не содержат углерода. К неорганическим веществам относятся: металлы (Ca, K, Na и др.), неметаллы, благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe и др.), амфотерные простые вещеcтва (Fe, Al, Mn и др.),  оксиды (различные соединения с кислородом), гидроксиды, соли и бинарные соединения.

К неорганическим веществам относится вода. Она является универсальным растворителем и имеет высокие теплоёмкость и теплопроводность. Вода – это источник кислорода и водорода; основная среда для протекания биохимических и химических реакций.

Органические вещества, как правило, молекулярного строения, имеют низкие температуры плавления, легко разлагаются при нагревании. В состав молекул всех органических веществ входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, углеродосодержащих газов и цианидов). Уникальное свойство углерода образовывать цепочки из атомов даёт возможность образовывать огромное количество уникальных соединений. Науке известно уже более 10 миллионов органических соединений.

Большинство основных классов органических веществ биологического происхождения. К ним относятся белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды. Эти соединения кроме углерода  содержат водород, азот, кислород, серу и фосфор.

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Общий органический углерод | Hach

Общий органический углерод показывает количество органических соединений в пробе воды. Органические соединения, содержащие углерод, могут растворяться в воде или находиться в воде как нерастворенное взвешенное вещество или жидкость. Это органическое вещество может проникать в воду естественным образом, а также через искусственные источники или в результате деятельности человека. Примерами органических веществ являются продукты растительного или животного происхождения, синтетические вещества, содержащие углерод, а также другие элементы, типичные для органических соединений.

Неорганические вещества — это минеральные соединения, которые содержат углерод.

Почему нужно измерять ООУ?

Оганические вещества необязательно токсичны, однако их высокие концентрации в воде могут значительно повлиять на экосистемы и повредить оборудование, если их не контролировать и не удалять.

Исключите воздействие на окружающую среду

Даже если органические вещества сами по себе не являются токсичными, они могут быть токсичными для водоемов. Органика снижает содержание кислорода в воде, что может привести к нехватке кислорода для дыхания рыб и в целом отрицательно повлиять на водные экосистемы.

Обеспечьте соответствие нормативным требованиям

Органические соединения являются прекурсорами побочных продуктов дезинфекции (ППД), содержание которых строго регулируется СанПином. Измерение ООУ позволяет правильно выполнять очистку для сокращения образования ППД и соответствия нормативным требованиям. Если производтвенные и муниципальные предприятия не контролируют ООУ должным образом и не соблюдают ПДК, это влечет за собой штрафы и юридические последствия.

Превышение допустимых концентраций может привести и к более серьезным финансовым последствиям.

Эффективность производства и экологическая ответственность предприятия

Присутствие органических соединений может оказать негативное влияние на вкус, запах, эстетические свойства и общее восприятие продукции. Превышение по органическим соединениям в заборной воде может повлиять на стоимость производства, стать причиной загрязнения, повлечь за собой дополнительные расходы на очистку сточных вод, затруднить соблюдение нормативов и привести к негативному воздействию на окружающую среду. Все это может нанести ущерб репутации компании.

Очистка сточных вод

На органическую нагрузку влияют факторы, выходящие за рамки нормального или ожидаемого технологического процесса, что может привести к негативным или даже катастрофическим последствиям для очистных сооружений. Мониторинг ООУ в неочищенных и очищенных стоках позволяет предприятию эффективно управлять процессом очистки или перенаправлять воду в соответствии с требованиями по доочистке, а также избегать нарушений ПДК сбросов.

Компания Hach® предлагает аналитическое оборудование, информационные ресурсы, обучение и программное обеспечение для успешного мониторинга ООУ в необходимой области применения.

неорганическое вещество

Из неорганических веществ наименьшие ПДКб имеют: тетраэтилсвинец -0,001 мг/л; соединения бериллия, титана, ртути, хрома шестивалентного и оксида углерода — 0,01 мг/л; и соединения бора — 0,05 мг/л. Наименее токсичными являются соли натрия, лития и магния; их содержание в воде до 10 г/л не оказывает никакого действия. Из органических веществ с относительно низкой ПДК (до 25 мг/л) можно назвать жесткие и промежуточные поверхностно-активные вещества и красители. Величины ПДК могут существенно изменяться от условий работы очистного сооружения, в частности от концентрации ила.[ …]

Взвешенные вещества, задерживаемые в первичных отстойниках, называют сырыми (непереработанными) осадками. Они содержат большое количество мелких растительных и животных остатков (бумагу, мелкие кости, древесину, шерсть, волос и т. д.), а также неорганические вещества (резину, песок и т.д.). По составу эти осадки отличаются большой неоднородностью. Величина отдельных частиц колеблется от 10 мм до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности. Основная масса осадка имеет размеры частиц меньше 1 мм.[ …]

Эти четыре катиона в комбинации главным образом с тремя анионами: С1 , СОз и Р04Л// — дают главную массу минерального состава крови и определяют многие ее кОнстанты, причем на долю ЫаС1 приходится -86—95% солей крови. Наиболее удивительно и чрезвычайно интересно то, что указанные ионы находятся в крови рыб почти в тех же отношениях, что и в морской воде. На 100 ионов N8 приходится приблизительно 2 иона Са и 2 иона К. Правда, такое соотношение ионов в крови не у всех рыб сохраняется с достаточным постоянством. Даже у одной и той же рыбы оно может несколько изменяться. Но наблюдаемые отклонения не имеют такого размаха, чтобы коренным образом изменить указанное соотношение. Многочисленными исследованиями по антагонистическому действию ионов на самые различные физиологические функции было установлено, что эти ионы, находясь в растворе примерно в таких же отношениях, как в крови, являются наиболее полно взаимно обезвреженными.

Такие растворы были названы эквилибрированными, или уравновешенными. Количество указанных ионов определяет соленость крови, а их соотношение — многие ее физико-химические свойства, создавая ту солевую среду, благодаря которой могут нормально существовать белки протоплазмы клеток.[ …]

Минеральные удобрения — неорганические вещества, содержащие одно или несколько необходимых для растений питательных элементов. Они не имеют в своём составе органических соединений. По агрономическому назначению минеральные удобрения разделяют на прямые, которые содержат элементы непосредственного питания сеянцев и саженцев (азот, фосфор, калий, медь, цинк и др.), и косвенные, улучшающие физикохимические свойства почвы и мобилизующие её питательные вещества (известняк, доломит, мел, цементная пыль, отходы целлюлозно-бумажного производства и т.д.).[ …]

Органические, или белковые, вещества растений образуются из неорганических веществ воздуха и минеральных солей почвы. Некоторые исследователи утверждают, что почти все химические элементы, встречающиеся в почве, могут быть обнаружены в золе растений.

Химические элементы золы растений принято называть зольными элементами. Они представлены в виде окислов фосфора, калия, кальция, магния, железа, марганца, бора и др.[ …]

В отличие от простого перемещения неорганических веществ в большом круговороте, в малом круговороте наиболее важным является синтез и разрушение органических соединений, лежащие в основе жизни и составляющие одну из главных ее особенностей.[ …]

К минеральным загрязнениям относятся неорганические вещества: соли, щелочи, кислоты, тяжелые металлы, окислы и гидроокиси металлов, различные сернистые соединения, включая сероводород, мельчайшие частицы глины, песка, бетона, продуктов коррозии железа и др. Основными компонентами минеральных загрязнений являются соединения Ре, Са, N8, К, карбонаты, хлориды, сульфаты и др. Содержание катионов и анионов колеблется в зависимости от источников водоснабжения заводов и технологии производства. При определении состава минеральных загрязнений указывают их содержание в единице объема сточных вод (в мг/л, мг-экв/л или г/м3).

[ …]

Первые испытания различных химических веществ в борьбе с сорняками были начаты еще в конце XIX века. Сначала это были неорганические вещества: поваренная соль, арсенит натрия, железный и медный купоросы, серная кислота, роданистые соли, хлораты, цианамид кальция и др. Все они по характеру действия являются главным образом контактными гербицидами общеистребительного или избирательного действия. Некоторые из них имеют значение и в, настоящее время.[ …]

Во всех этих случаях речь идет о движении веществ путем диффузии. Однако клеточные мембраны располагают и механизмами перемещения веществ через себя от меньшей их концентрации к большей. Среди белков мембраны имеются белковые вещества, работа которых состоит в перемещении различных веществ с одной стороны мембраны на другую. Они называются транспортными ферментами. Вероятно, такой транспортный фермент образует с переносимым веществом промежуточное соединение; последнее проходит сквозь мембрану, расщепляется затем на исходные части, после чего фермент возвращается назад, а перенесенное вещество остается по другую сторону мембраны.

Детали этого процесса неизвестны, но сам факт такого активного транспорта веществ несомненен. В отличие от диффузного, пассивного, ферментативный транспорт нуждается в затрате энергии. Вероятно, именно благодаря такому активному транспорту ионов клетки эпидермиса корней способны всасывать из почвы нужные растению неорганические вещества и затем передавать их по растению от клетки к клетке.[ …]

Хорошо изученные процессы в производстве неорганических веществ рассмотрены с иной точки зрения: физико-химическое обоснование технологических схем, процессов и аппаратов отдельных стадий производства. Некоторые данные о производствах приведены в описательном виде, поскольку эти производства были обсуждены в предыдущих разделах. Также с привлечением предыдущего материала может быть сделан детальный анализ процессов — например, выбор системы разделения продуктов алкилирования бензола или смеси ароматических углеводородов, образующихся при каталитическом риформинге; выбор схемы теплообмена в системе “двойное контактирование/двойная абсорбция” в производстве серной кислоты; определение возможных путей обеспечения экологической безопасности производств и др. [ …]

Почва — это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. Число бактерий в 1 г почвы достигает сотен миллионов. В почве отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, вследствие чего она представляет собой надежный и мощный фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две задачи — минерализация органических веществ и обеззараживание.[ …]

Предназначен для анализа смеси органических и неорганических веществ с температурой кипения до 300°С. Состоит из шести основных блоков: анализатора, панели подготовки газов, моста питания и терморегулирования катаромет-ра, усилителя постоянного тока, температурного программатора н самопишущего потенциометра. Выпускается 6 модификаций прибора с использованием разных детекторов.[ …]

Поверхностный заряд частицы органического или неорганического вещества можно изменить, добавляя кислоту или основание в зависимости от кислотно-основных свойств поверхностных групп. На рис. 10.9 показано, как частица органического вещества с поверхностными аминогруппами и карбоксильными группами меняет свой заряд при изменении pH. Значение pH, при котором суммарный заряд частицы равен нулю, называют изоэлектрической точкой (или изоионным значением pH). Величина его зависит от силы кислоты и основания, свойства которых проявляют соответственно карбоксильные и аминогруппы. Обычно изоэлектрические точки для органических частиц в сточной воде находятся в диапазоне pH от 3 до 5, т. е. при нейтральном значении pH эти частицы заряжены отрицательно.[ …]

Продуценты — организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических компонентов, используя внешние источники энергии (энергию Солнца или — реже — химических реакций окисления неорганических веществ).[ …]

В рыбохозяйственных водоемах нормирование ПДК вредных неорганических веществ также связано с большими трудностями. При постановке опытов для обоснования ПДК не существует определенных тестовых организмов, а разные виды рыб и их кормовые ресурсы различаются по чувствительности к воздействию одного и того же токсического вещества в одной и той же концентрации. Не существует общепринятой продолжительности опытов на водных организмах; применяются кратковременные (острые) опыты, обычно до четырех суток и продолжительные (хронические) длительностью в несколько месяцев. Обобщение и оценка таких различных результатов исследований вызывает большие трудности. Вредное действие изучается, как правило, на планктонных организмах, хотя у места сброса стоков в водоемах токсическому действию в первую очередь подвергаются бентосные. Не изучалась кумуляция ядов тканями рыб при разном содержании токсических веществ в водоемах. Вполне понятно, что количество нормируемых вредных неорганических соединений в рыбохозяйственных водоемах еще очень невелико.[ …]

Автотрофы организмы, способные синтезировать органическое вещество из диоксида углерода, воды и минеральных солей. Источниками энергии для биосинтеза служат свет (у фотоавтотрофов) или окисление ряда неорганических веществ (у хемоавтотрофов).[ …]

В основу автоматического контроля содержания органических и неорганических веществ в сточных водах чаще всего закладываются колориметрические методы. Автоматические анализаторы, работающие по этому принципу, состоят из насоса, дозаторов, сосудов, фотоколориметра (или других приборов), самописцев. Предложено использовать ионоселективные электроды для определения содержания цианидов в воде [11, с. 78], ионов аммония, кальция, натрия, кадмия, меди, брома, иода и др. [60].[ …]

При наиболее совершенной очистке концентрации в сточных водах неорганических веществ меньше их ПДК в водоемах и меньше содержания в природных водах.[ …]

Более того, бактерии способны окислять не только органические, но и неорганические соединения. Окисление бактериями неорганических веществ — серы, аммиака, нитратов, соединений железа, водорода и др., в процессе которого происходит синтез органических веществ из углекислоты, называется хемосинтезом, а бактерии, осуществляющие этот процесс,— хемосинтетиками.[ …]

АВТОТРОФЫ — продуценты экологической системы, организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества, используя энергию фотосинтеза (все зеленые растения — фототрофы) или хемосинтеза, т. е. окисления неорганического вещества (некоторые бактерии — хемотрофы).[ …]

Одним из наиболее распространенных способов очистки сточных вод от растворенных неорганических веществ является перевод их в практически нерастворимые соединения с последующим выделением этих соединений в осадок.[ …]

Редуценты (redus — возвращающий) — организмы, которые превращают органические остатки в неорганические вещества. Редуценты — бактерии, грибы — участвуют в последней стадии разложения — минерализации органических веществ до неорганических соединений (С02, Н20, метан и др.). Они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Без редуцентов в природе накапливались бы груды органических остатков и иссякли бы запасы минеральных веществ, доступных для потребления продуцентами.[ …]

Очень велика роль микоризы в тропических дождевых лесах, где поглощение азота и других неорганических веществ происходит с участием микоризного гриба, который питается сапротрофпо на опавших листьях, стеблях, плодах, семенах и пр. Основным источником минеральных веществ является здесь не сама почва, а почвенные грибы. Минеральные вещества поступают в хмрепь непосредственно из гиф микоризных грибов. Таким путем обеспечивается более полиоо использование минеральных веществ и более полный их круговорот. Имоппо зтим объясняется, что большая часть корневой системы растений дождевых лесов находится в поверхностном слое почвы па глубине около 0,3 м.[ …]

Наиболее полным показателем общего количества легко-и трудноокисляющихся органических веществ является ХПК -— так называемое химическое потребление кислорода при окислении всего углерода и водорода, содержащихся в органических веществах, с помощью сильного окислителя — бихромата калия в определенных, стандартизированных условиях. Установлено, что при этом обычно происходит окисление 95—■ 98% всех трудноокисляющихся веществ, за исключением лишь некоторых из них (например, бензола, пиридина, толуола, нафталина). С другой стороны, при определении ХПК окисляются также и некоторые неорганические вещества, например за-кисное железо, сероводород, нитраты, но это может быть учтено и оценено отдельно. [ …]

Типы почв. Есть два основных типа почвы — минеральные и органические. Минеральные почвы состоят из неорганических веществ и различных количеств разлагающегося органического вещества (от следов до 20%). Органические почвы (например, перегной и торф) образуются в результате частичного разложения растительных остатков в условиях болот и топей. Почвы, содержащие свыше 67% органического вещества, относятся к торфу, содержащие от 20 до 65% — к перегнойным. Окраска органических почв от темно-коричневой до почти черной. Они не могут использоваться для культуры без устройства дренажа и улучшения их плодородия. Правильно сбалансированные органические почвы высокопродуктивны. Они характеризуются порозностью, хорошо аэрируются и имеют высокую водопоглотительную способность.[ …]

Редуценты (от лат. — восстанавливающий), деструкторы — организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое вещество, усваиваемое другими организмами. К ним относятся: бактерии, грибы, микроорганизмы; их еще называют организмами-разрушителями. [ …]

Автоматическая очистка применяется для нейтрализации кислот и щелочей, обезвреживания токсических веществ, извлечения ионов тяжелых металлов [0-25]. В зависимости от особенностей сточных вод используются установки проточного и периодического действия. Для проверки окончания нейтрализации применяются рН-метры. Описана установка по автоматическому химическому извлечению металлов из сточных вод, сконструированная фирмой Нипон Электрик [46]. Недостаток химических методов очистки стоков от неорганических веществ — безвозвратная потеря ценных металлов, кислот, щелочей. Очищенные стоки не могут использоваться повторно из-за большого содержания солей.[ …]

Общие сведения о минеральных удобрениях. Минеральные удобрения (минеральные туки) представляют собой неорганические вещества (главным образом соли), содержащие необходимые для растений элементы питания.[ …]

Основой всех перечисленных пластинок является алюминиевая фольга. Пластинки с обозначениями УУ содержат неорганическое вещество в частицах силикагеля. Это вещество флуоресцирует при освещении УФ-лучами зеленым светом (длина волны УФ-лучей обозначена цифрами, идущими за буквами СУ) — Присутствие флуоресцентного индикатора дает возможность обнаруживать те вещества, которые поглощают лучи в УФ-области с данной длиной волны и затем проявляются в виде темных пятен на зеленом светящемся фоне.[ …]

Одним из наиболее удобных и распространенных методов санитарно-химического анализа малых концентраций органических и неорганических веществ является фотометрический метод.[ …]

Плотность гиалоплазмы колеблется в пределах от 1,025 до 1,055. Химический состав ее крайне сложен и представлен органическими и неорганическими веществами. Основные органические вещества — это белки, углеводы, рибонуклеиновые кислоты и жироподобные вещества (липиды). Из простых белков (протеинов) в гиалоплазме содержатся гистоны, протамины, альбумины и глобулины, а из протеидов — липопротеиды, глюкопротеиды и нуклеопротеиды. Большая часть белков относится к глобулярным, меньшая — к фибриллярным структурам. Белки глобулярной формы, способные превращаться в фибриллярные, называются структурными.[ …]

В природных, незагрязненных водоемах и в местах, где нет предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых, и там, где неорганические вещества не вносятся в почву как удобрения или стимуляторы роста растений, микроэлементы содержатся, как правило, в тысячных или десятитысячных долях миллиграмма на литр воды [77; 0-38]. Натрий, калий и кальций содержатся в природных водах в более высоких концентрациях. Необходимо не только определять безвредную дозу и концентрацию химических элементов, но и знать их содержание в организме в норме. Некоторые из них, даже чрезвычайно ядовитые, как мышьяк и свинец в норме содержатся в крови человека и выделяемой моче [0-4; 0-22; 0-14].[ …]

Устойчивость суспензии гидрофобных частиц, не обладающих сродством к воде, зависит от их электрического заряда. К этому типу веществ принадлежит большая часть органических и неорганических веществ, создающих мутность природной воды. Силы, действующие на гидрофобные коллоиды, показаны на рис. 2.4,а. Отдельные частицы удерживаются на расстоянии друг от друга вследствие электростатических сил отталкивания, вызываемых положительно заряженными ионами, которые адсорбируются из раствора на поверхностях этих частиц. Силы отталкивания аналогичны силам, возникающим между одноименными полюсами двух электромагнитов. Величина сил отталкивания, развиваемых заряженным двойным слоем ионов на поверхности частиц, называется электрокинетическим потенциалом (дзета-потенциалом) .[ …]

Редуценты гетеротрофные организмы (бактерии и грибы), конечные деструкторы, завершающие распад органических соединений до простых неорганических веществ — воды, диоксида углерода, сероводорода и солей.[ …]

Это приводит к тому, что в местах их сброса, вплоть до расчетных створов водопользования, на водотоках образуются неблагоприятные в экологическом отношении зоны. Остаточные загрязнения, отводимые с очищенными сточными водами, в условиях роста производства и соответствующего увеличения объемов сточных вод требуют все большего количества свежей воды для их разбавления, чтобы сделать их безопасными для людей, животных, а также объектов окружающей среды. Опасность представляет сброс в водоемы с промышленными сточными водами остаточных количеств токсичных, в том числе и канцерогенных, веществ. Нужно учитывать, что в природных условиях малотоксичные и даже нетоксичные соединения могут превращаться в токсичные.[ …]

Типичная пищевая цепь включает прежде всего организмы, называемые первичными продуцентами (например, фитопланктон). Они способны синтезировать из неорганических веществ органические, в химических связях которых аккумулируется потенциальная энергия. Это автотрофы.[ …]

Сжигание городского мусора является одним из основных способов уничтожения отходов. Основными продуктами этого процесса являются негорючие твердые вещества и легкие частицы золы (летучая зола), которые образуются в зоне горения. Около 98% этих частиц отделяется от выходящих дымовых газов электростатическим осаждением и затем обычно вывозится в специальные места для захоронения. Малая часть частиц летучей золы, а также пары, содержащие воду, неорганические вещества (например, НС1) и легкокипящие органические соединения, не задерживаются устройствами очистки и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. [ …]

К автотрофным организмам относятся водоросли, наземные зеленые растения, бактерии, способные к фотосинтезу, а также некоторые бактерии, способные окислять неорганические вещества (хемоавтотрофы). Автотрофы являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере.[ …]

К сожалению, большинство публикаций, в которых обсуждаются проблемы пробоотбора и достоверности анализа следовых количеств загрязнителей, относится к определению неорганических веществ 2,3 . Из работ последних лет следует выделить обзоры [4,5], посвященные извлечению примесей токсичных веществ из воздуха и их газохроматографическому определению. Нет нужды повторять, что воздух представляет особый интерес для специалистов в области экоаналитической химии. Почти треть публикаций по определению высокотоксичных органических загрязнителей в природных объектах так или иначе посвящена одной матрице — воздуху.[ …]

Автотрофы, автотрофные организмы (от греч. — самопитающиеся) — живые организмы, способные самостоятельно продуцировать необходимые для их существования органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию или окисление неорганических веществ (хемоавтотрофы). Автотрофы являются первыми продуцентами органического вещества в биосфере, при этом они служат единственным источником энергии для гетеротрофов, которые таким образом полностью зависят от первых. К ним относятся главным образом зеленые растения, водоросли и фототроф-ные бактерии, способные к фотосинтезу.[ …]

БАЛАНС КИСЛОРОДНЫЙ — соотношение между количеством кислорода, выделяемого растениями при фотосинтезе и потребляемого живыми организмами в ходе дыхания, идущего на процессы гниения, окисления неорганических веществ и используемого в промышленности.[ …]

Процесс биологической очистки условно разделяют на две стадии (протекающие одновременно, но с различной скоростью): адсорбция из сточных вод тонколисперсной и растворенной примеси органических и неорганических веществ поверхностью тела микроорганизмов и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в ней биохимических процессах (окислении, восстановлении). Обе стадии наблюдаются в аэробных, и в анаэробных условиях. Соответственно и микроорганизм разделяют на две группы: аэробные и анаэробные.[ …]

Любую экосистему можно представить в виде ряда блоков, через которые проходят различные материалы и в которых эти материалы могут оставаться на протяжении различных периодов времени (рис. 10.3). В круговоротах минеральных веществ, в экосистеме, как правило, участвуют три активных блока: живые организмы, мертвый органический детрит и доступные неорганические вещества. Два добавочных блока — косвенно доступные неорганические вещества и осаждающиеся органические вещества — связаны с круговоротами биогенных элементов в каких-то периферических участках общего цикла (рис. 10.3), однако обмен между этими блоками и остальной экосистемой замедлен по сравнению с обменом, происходящим между активными блоками.[ …]

Пылеемкость очень часто выражается в граммах на квадратный метр или в граммах на образец, хотя скорость забивания в действительности определяется объемом уловленной пыли. Атмосферная заводская пыль обычно состоит из смеси неорганических веществ и содержит только незначительную долю вредных примесей, которые необходимо уловить. Усредненный удельный вес такой пыли приблизительно равен двум. В тех случаях, когда улавливаемая пыль состоит в основном из тяжелых металлов, пылеемкость в граммах будет значительно больше.[ …]

Энергия образования молекул воды высока, она составляет 242 кДж/моль. Этим объясняется устойчивость воды в природных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным строением делают воду практически универсальным растворителем для многих веществ. Высокая диэлектрическая проницаемость обусловливает самую большую растворяющую способность воды по отношению к веществам, молекулы которых поляр-ны. Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть — многие спирты, амины, органические кислоты, сахара и т. д.[ …]

Под окружающей нас средой понимается совокупность «чистой» природы и среды, созданной человеком, — распаханные поля, искусственные сады и парки, обводненные пустыни, осушенные болота, крупные города с особым тепловым режимом, микроклиматом, водоснабжением, большим оборотом различных органических и неорганических веществ и т. д.[ …]

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) разработаны Международные стандарты питьевой воды [0-17; 0-441 и в них отдельные компоненты нормируются как обязательные, другие как желательные. Этой же международной организацией разработан Европейский стандарт качества питьевой воды [0-7; 0-40]. В СССР [0-2] и в США [0-37] проводится нормирование содержания вредных веществ в питьевой воде. В Англии пользуются нормами ВОЗ. [0-35]. Количество нормируемых вредных неорганических веществ в питьевой воде как в нашей стране, так и за рубежом, невелико.[ …]

Производство целлюлозы сульфатным способом заключается в обработке древесной массы хвойных пород едким натром, сульфидом или сульфатом натрия и карбонатом натрия. В черный щелок переходят те же органические соединения, что и при сульфитном методе, но, кроме того, образуются смоляные мыла. Среда этих щелоков щелочная, они окрашены в темно-коричневый цвет. Черный щелок подвергается утилизации сжиганием. Органическая часть выгорает, а неорганические вещества возвращаются в производство. Воздействие их на режим водоема будет также проявляться в энергичном потреблении растворенного кислорода для биохимического окисления углеводов. Кроме того, эти стоки вызывают появление более интенсивной устойчивой окраски воды, а смолисто-ароматические вещества придают запах воде и ухудшают вкус рыбы.[ …]

Многие аналитики предпочитают тенакс вС другим полимерным сорбентам, поскольку у него высокая термическая устойчивость (350—400 °С), которая облегчает термодесорбцию. Этот адсорбент применяют для отбора проб воздуха, содержащих примеси органических оснований, нейтральных и вы-сококипящих соединений.[ …]

Для питьевой воды и природных вод эти методы описаны в ГОСТе [0-2] и в ряде монографий [0-15; 0-16; 0-23; 0-69; 0-17]. Для определения металлов в водных растворах — в питьевой воде и сточных водах — наряду с химическими применяются физические и физико-химические методы: полярографический, спектрографический, спектрофотометрический, хроматографический, флуориметрический, атомно-абсорбционный, масс-спектрометрический, потенциометрический, амперометрический и многие другие в разных их модификациях [77, 0-10; 0-1; 0-24; 83]. Электрохимическими методами анализа-в водных растворах определяют металлы (по 150—200 проб в день с высокой чувствительностью) [0-50]. По данным [0-10], обычно используемые весовые и объемные методы определения неорганических веществ в водных растворах недостаточно чувствительны. Для определения каждого металла приходится его отделять от остальных металлов и различных примесей. Эти методы трудоемки и требуется много времени для анализов. Современные физические методы очень чувствительны и точны, не требуют удаления примесей, создают возможность быстрого определения и автоматизации анализа [0-33].[ …]

Органические и неорганические вещества | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, конспект, сочинение, ГДЗ, тест, книга

Тема: Тела и вещества

Органические вещества. Название этой группы веществ происходит от слова организм и касается сложных веществ, впервые полученных из орга­низмов. Сегодня известно более 10 млн органиче­ских веществ, однако не все они имеются в живой природе. К органическим веществам, например, относятся белки, жиры, углеводы, на которые бо­гаты продукты питания (рис. 20).

Рис. 20. Продукты питания, богатые органическими веществами: а — белки; б — жиры; в — углеводы

Многие органические вещества созданы в лабо­раториях. При этом название «органические веще­ства» сохранилось и распространяется почти на все сложные вещества, имеющие атомы углерода.

Органические вещества — сложные вещества, молекулы которых содержат атомы углерода.

Неорганические вещества. Остальные сложные вещества, которые не причисляют к органическим, называют неорганическими веществами. Все прос­тые вещества относятся к неорганическим. К неор­ганическим веществам относятся углекислый газ, питьевая сода и некоторые другие.

В телах неживой природы преобладают неорга­нические вещества, в телах живой природы боль­шинство веществ — органические. На рис. 21 изображены тела неживой природы и рукотворные тела. Они изготовлены или образованы из неорга­нических веществ (рис. 21, а-г) или из органиче­ских веществ (природного происхождения или созданных человеком; рис. 21, д-ж). Материал с сайта //iEssay.ru

Рис. 21: а — гранитный памятник; б — мраморные вазы; в — облака; г — кирпичная кладка; д — пачка масла; е — бутылка подсолнечного масла; ё — автомобильная шина; ж — упаковки таблеток

Ноябрьская химическая образовательная программа: Новости

Образовательная программа была направлена на формирование у школьников представлений о современной методологии и технике лабораторного химического синтеза и анализа.

В рамках программы были освещены аппаратные возможности и инструменты современных синтетических лабораторий. Учащиеся познакомились с теорией механохимических, фотохимических, электрохимических и микроволновых методов синтеза органических и неорганических соединений. Особое внимание было уделено свойствам (в т.ч. органолептическим) синтезируемых веществ и их связи со структурой соединений, а также сфере их применения.

В программу вошли научные и научно-популярные лекции профессора кафедры органической химии Института химии СПбГУ, доктора химических наук Карцовой Анны Алексеевна «Удивительный углерод» и «Аллотропные модификации углерода» и лекция «Алмазоподобные углеводороды: путь длиною в век» доцента Самарского государственного технического университета, доктора химических наук Яшкина Сергея Николаевича, семинары, олимпиадные тренинги, отборочный этап городской олимпиады СПбГУ по химии (1-й уровень) и научно-практическая конференция по итогам выполнения исследовательских проектов.

Лекции ведущих преподавателей

Яшкин Сергей Николаевич «Алмазоподобные углеводороды: путь длиною в век»: Одним из основных и интереснейших представителей алмазоподобных углеводородов является адамантан (буквальный перевод этого слова «алмазоподобный») – уникальная каркасная органическая молекула, обладающая кристаллической решеткой алмаза. В лекции пойдет речь об обнаружении адамантана в нефти и различных попытках синтеза этого соединения, его строении и свойствах, о диамандоидах и применении их в электронике, о наноалмазах и алмазоподобных покрытиях. На основе адамантана создаются оптические стекла, лекарственные препараты. Рассматриваются пути молекулярного дизайна в фармакологии адамантана, а также комплексы типа «гость-хозяин» с его участием.

Адамантильный фрагмент, обладая высокой липофильностью, может выполнить роль «пули», свободно проникающей сквозь биологические мембраны. Адамантан является важнейшим синтоном для получения многих органических соединений для нефтехимии, полимерной химии.

Олимпиадные тренинги

9 класс
Общая химия
Термохимия

10 класс
Органическая химия 1
Органическая химия 2
Общая и неорганическая химия
Неорганическая химия

11 класс
Общая и органическая химия
Органическая химия
Физическая химия

Олимпиада (районный этап ВсОШ)

В ходе программы школьники приняли участие в исследовательских проектах:

1. Синтез и изучение свойств азокрасителей
2. Хроматографический профиль антиоксидантов растений субтропического культур
3. Кристаллизация комплексных соединений из многокомпонентных растворов электролитов
4. Пара жемчужин из богатого мира наночастиц: магнитная жидкость и коллоидное золото
5. Определение содержания тяжелых металлов в почвах различных регионов России
6. Простые синтезы для аналитической электрохимии: сенсорные покрытия на основе галогенидов серебра
7. Применение современных ионно-обменных материалов для разделения ионов редкоземельных элементов
8. Синтез люминесцентных металл-органических каркасных структур лантаноидов для создания флуоресцентных красок
9. Влияние растворителя на синтез и свойства металл-органических структур
10. Ядерный магнитный резонанс в земном поле
11. Разработка и анализ перспектив нестандартных путей использования супергидрофобных покрытий

Описание проектов

1. Синтез и изучение свойств азокрасителей

Руководитель проекта: Коронатов А.Н.

Аннотация: Проект направлен на формирование у школьников представлений о взаимосвязи свойств органических веществ с их строением на примере некоторых азосоединений. Ароматические азосоединения были открыты в середине XIX века и получили разнообразное промышленное и лабораторно-практическое применение. В промышленности главной областью применения ароматических азосоединений является использование их в качестве красителей, которыми окрашивают ткани самого различного вида, кожу, мех, дерево, бумагу, различные виды пластмасс, резину, пищевые продукты, лекарственные средства и т.д. Также азокрасители получили широкое применение в качества кислотно-основных индикаторов. Помимо этого, некоторые азосоединения применяются в органическом синтезе в качестве исходных веществ для получения ряда гетероциклических структур.

В теоретической части проекта рассматриваются методы синтеза и свойства азосоединений и связанных с ними классов органических веществ — аминов, солей диазония. Учащиеся познакомятся с теорией цветности, электронными эффектами заместителей, основами ультрафиолетовой спектроскопии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса, овладеют основами органического синтеза, а также основными методами очистки и идентификации органических веществ. Ключевыми практическими задачами являются получение ряда азосоединений и изучение их спектральных и кислотно-основных свойств. Полученные данные позволяют выявить на практике основные закономерности в изменении свойств соединений в зависимости от их строения. В завершение проекта с помощью синтезированных азосоединений будет проведена окраска образцов одежды.

Главные результаты

– Синтез азосоединений и исследование кислотно-основных свойств,
– синтез триазена,
– синтез изоксазолона,
– выяснение механизма в реакции получения изоксазолона,
– подтверждение структуры с использованием спектров поглощения  поглощения и протонно-магнитного резонанса.

Презентация проекта

Методические материалы
 

2. Хроматографический профиль антиоксидантов растений субтропического культур

Руководитель проекта: Бессонова Е.А.

Волонтер проекта: Кравченко А.В.

Аннотация: Хотя кислород необходим для жизни человека, он также может и повредить клетки, когда в определенных химических процессах образуются свободные радикалы кислорода. Эти радикалы способствуют старению и участвуют в возникновении многих заболеваний, включая атеросклероз и рак. Многочисленные вещества, называемые антиоксидантами, встречающиеся в природе и в организме, функционируют в качестве защитных агентов против свободных радикалов кислорода. Известны фармакологические препараты, являющиеся синтетическими аналогами природных антиоксидантов, однако их перечень весьма ограничен. В связи с проблемами безопасности применения синтетических антиоксидантов, актуальным является поиск их природных источников. 

Известно, что чайные и цитрусовые культуры, обладают широким спектром биологической активности. В работе в качестве объектов исследования будут выступать растения субтропического происхождения (чай и сорта цитрусовых культур), произрастающие в Краснодарском крае, плоды и листья которых имеют в питании человека большое профилактическое, лечебное и диетическое значение. В них содержатся такие биологически активные компоненты, как полифенолы, аминокислоты, витамины, сахара и органические кислоты, которые являются хорошо известными маркерами спелости, вкуса, запаха и качества продуктов растительного происхождения. Определение этих веществ в различных сортах хурмы, чая, цитрусовых позволяет предсказать и обосновать антиоксидантную и антибактериальную активность данных плодов, а также их листьев, что может быть использовано при селекционировании, разработке природных лекарственных препаратов, выборе наиболее перспективных сортов. Эта задача может быть решена с использованием современных физико-химических методов анализа смесей веществ: жидкостной хроматографии и капиллярного электрофореза, позволяющих одновременно определить несколько компонентов различной природы в одной пробе и получить характеристические профили образцов.  

В ходе проекта участники изучат теоретические и практические основы хроматографии и капиллярного электрофореза, проведут сравнительный анализ результатов, полученных этими методами. Особое внимание в проекте будет уделено разработке способа подготовки образца к анализу, включающую очистку и концентрирование определяемых веществ. Участники проекта познакомятся с актуальными методами хемометрической обработки многомерных данных, которые позволят связать качество исследуемых объектов и их полезные свойства с содержанием конкретных компонентов и, тем самым, оптимизировать технологию его производства и сделать выбор наиболее перспективных сортов.

Главные результаты

В результате проведенных исследований предложен экспрессный вариант определения кофеина и катехинов, и аминокислот в чае и мандаринах методом ВЭТСХ с видеоденситометрическим детектированием.

Изучена МГК-модель по профилям полифенолов и аминокислот  селекционных  и ферментированных сортов чая. Выявлены доминирующие аналиты (аминокилослоты – серин, глутаиноквая кислота, аспарагиновая кислота и катехины – эпигаллокатехин галлат, эпикатехин галлат и галлокатехин), определяющие различие между сортами чая.

Презентация проекта

Методические материалы
 

3. Кристаллизация комплексных соединений из многокомпонентных растворов электролитов

Руководитель проекта: Богачев Н.А.

Волонтер проекта: Толмачев М.В.

Аннотация: Настоящая работа является продолжением проектов двух прошлых смен. Проект находится на стыке двух наук — физической и неорганической химии — и направлен на экспериментальный поиск закономерностей, управляющих формированием сольватов определенного состава и структуры в многокомпонентных растворах, содержащих органические растворители и соли элементов-комплексообразователей. В рамках работы по проекту участникам будет предложено совместить исследования первых двух лет, и, опираясь на полученные на прошлых сменах результатах, исследовать новые объекты для подтверждения ранее обнаруженных закономерностей в связях свойств компонентов многокомпонентных растворов и строением кристаллизующихся из них соединений. Принципиальным отличием настоящего проекта от предыдущих в части объектов исследования станет изучение сольватов не только солей переходных элементов, но и солей p-элементов, а также трехкомпонентных систем, содержащих две соли и один растворитель. 

Участие в проекте с образовательной точки зрения позволит ребятам изучить (или глубже узнать) такие темы и области химии, как: сольватация, теория растворов, координационная химия, теория кристаллического поля, теории кислот и оснований (включая теорию ЖМКО), неорганический синтез.

С научно-практической точки зрения участники получат возможность ознакомиться с методами рентгеноструктурного анализа, порошковой рентгеновской дифракции, колебательной спектроскопии, комплексонометрического и окислительно-восстановительного титрования, а также с базовыми принципами работы с лабораторным оборудованием для проведения неорганического синтеза. Для обработки полученных экспериментальных данных участники будут обучены приемам расшифровки результатов рентгеноструктурного анализа и поиска необходимых кристаллографических данных в Кембриджской базе CCDC.

Главные результаты

Впервые определена растворимость солей в четырех тройных системах: ZnCl2-DMSO-DMA, ZnCl2-DMSO-DX, ZnCl2-CdCl2-DMSO, CoCl2-DMSO-DMA.
– Получено и структурно охарактеризовано новое соединение [Zn(DMSO)6][ZnCl3(DMSO)]2(DX),
– показано подобие систем-аналогов MeCl2-DMSO-DX (Me = Co, Cd, Zn): в обеих кристаллизуются изоструктурные сольваты смешанного состава в  бинарном растворителе,
– обнаружено формирование двойных солей в тройной системе CdCl2-ZnCl2-DMSO,
– обнаружена связь растворимости и диэлектрической проницаемости растворителей — растворимость в тройных системах уменьшается при переходе от более полярного к менее полярному растворителю.

Презентация проекта

Методические материалы
 

4. Пара жемчужин из богатого мира наночастиц: магнитная жидкость и коллоидное золото

Руководитель проекта: Ванин А.А.

Волонтер проекта: Смирнов А. Н.

Аннотация: В ходе выполнения проекта участники познакомятся с подходом «снизу вверх» при создании наноматериалов, суть которого в направленном химическом синтезе из ионов и молекул частиц нанометрового размера и последующем приготовлении коллоидных систем. В теоретической части будут рассмотрены темы: синтез наночастиц, приготовление и устойчивость коллоидных систем, взаимодействие электромагнитного поля с веществом.

В практической части проекта предлагается:

– получить наночастицы магнетита и золота, стабилизировать дисперсии наночастиц,
– приготовить магнитные жидкости на гексановой основе и исследовать их магнитные и коллоидно-химические свойства,
– варьировать размер и форму наночастиц, управляя условиями синтеза,
– подтвердить размеры наночастиц золота спектрометрически.

Главные результаты

– Получен магнитный абсорбент для поглощения ионов тяжелых металлов,
– разработан быстрый и специфичный качественный тест на антибиотики (Ампициллин),
– разработана методика определения содержания АФС в ГЛФ (АФС – активная фармацевтическая субстанция – фолиевая кислота; ГЛФ – готовая лекарственная форма – таблетки фолиевой кислоты (1 мг).

Презентация проекта

Методические материалы
 

5. Определение содержания тяжелых металлов в почвах различных регионов России

Руководители проекта: Савинов С.С.

Волонтер поекта: Кудряшов Д.В.

Аннотация: Проект направлен на получение практических навыков в области аналитической химии (количественного химического анализа). Учащиеся получат опыт планирования аналитического эксперимента, познакомятся на практике с методиками пробоподготовки реальных природных объектов и последующего определения микроэлементного состава современными методами анализа, которые используются в практической деятельности химика-аналитика. Кроме того, учащиеся получат представления о способах обработки экспериментальных данных, приобретут опыт интерпретации результатов и их публичного представления.

Тяжелые металлы — группа элементов, оказывающих токсичное влияние даже при малых концентрациях. Тяжелые металлы попадают в почву обычно из техногенных источников и впоследствии накапливаются в поверхностном слое почвы. Их присутствие отрицательно сказывается на свойствах почвы и ее плодородии. Кроме того, металлы (как и другие элементы) из почвы попадают в растения и накапливаются в их тканях. Затем по трофическим цепям они попадают в другие живые организмы, в том числе и в организм человека.

Целью работы является определение концентраций веществ (в т.ч. тяжелых металлов) в почвах г. Сочи и Санкт-Петербурга и сопоставление получаемых результатов. Схема реализации проекта включает следующие пункты:

– литературный обзор: знакомство с составом и свойствами почв, нормативными документами, регламентирующими содержание металлов в почвах, научными публикациями, посвященными анализу почв,
– отбор образцов почв на территории г. Сочи (пробы почв из г. Санкт-Петербурга будут предоставлены),
– предварительная подготовка (усреднение и измельчение) анализируемых образцов,
– экспериментальное сравнением способов пробоподготовки (экстракции) анализируемых образцов для последующего определения металлов (на примере Mn),
– определение содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах методом молекулярной фотометрии,
– определение содержания углерода органических соединений в почвах титриметрическим методом,
– определение содержания фторидов в почвах и кислотности потенциометрическим методом,
– сравнительный качественный анализ образцов почв методом дуговой атомно-эмиссионной спектрометрии,
– метрологическая обработка получаемых данных, определение средних значений и доверительных интервалов, сравнение результатов с ПДК,
– статистическая обработка получаемых данных, сравнение состава различных образцов,
– подготовка научного доклада по результатам работы с его последующей презентацией на отчетной конференции.

Главные результаты

Установлено:
– разные методики пробоподготовки дают различные результаты определения подвижных форм металлов для разных проб,
– содержание углерода в почве Санкт-Петербурга — 4,4%, в Сочи — 1,6%,
– актуальная кислотность в pH составляет 7,2 для Санкт-Петербурга, 7,9 — для Сочи, обменная кислотность в pH 5,5 для Санкт-Петербурга, 6,7 — для Сочи,
– содержание тяжелых металлов (Mn, Zn, Pb, Co) в Санкт-Петербурге и в Сочи не превышает ПДК,
– содержание фторидов в почве г. Сочи превышает ПДК менее, чем в два раза.

Презентация проекта

Методические материалы
 

6. Простые синтезы для аналитической электрохимии: сенсорные покрытия на основе галогенидов серебра

Руководитель проекта: Калиничев А.В.

Волонтер проекта: Тюфтяков Н.Ю.

Аннотация: Суть проекта заключается в исследовании условий получения галогенид-серебряных электродов второго рода и апробация их в качестве электродов сравнения в прямой потенциометрии.

Целью проекта является обучение школьников теоретическим основам функционирования гальванических ячеек и электродов, химическим и электрохимическим методам получения нерастворимых покрытий для создания электродов второго рода и принципам их применения в качестве электродов сравнения.

Задачами и результатами проекта будут являться:

– теоретическая подготовка: понимание школьниками основных физико-химических процессов, лежащих в основе электроаналитической химии (электрохимическое равновесие, понятие гальванического элемента, принцип действия электродов первого и второго рода, понятие об электродах сравнения, равновесные электрохимические измерения и метод прямой потенциометрии, основы функционирования гальваностатов и высокоомных вольтметров),
– экспериментальная подготовка (освоение химической и электрохимической методик получения покрытий на основе галогенидов серебра для создания электродов второго рода; получение навыков измерений э.д.с. в простых гальванических ячейках, интерпретации электрического сигнала),
– формирование универсальных исследовательских навыков: установление связи между условиями получения нерастворимых покрытий (природой и концентрацией электролитов, используемых для осаждения, временем синтеза, плотностью тока) и их свойствами на микро- и макроуровне (морфологией поверхности, однородностью, толщиной, а также стабильностью и воспроизводимостью электродного потенциала),
– создание работоспособных электродов сравнения на основе галогенидов серебра и количественная проверка их работоспособности в ходе прямой потенциометрии.

Главные результаты

– Синтезированы галогенидсеребряные покрытия: хлоридные, бромидные, иодидные,
– созданы работоспособные электроды сравнения,
– установлены оптимальные значения концентрации и силы тока для успешного проведения синтеза,
– исследована методами микроскопии морфология полученных образцов.

Презентация проекта

Методические материалы
 

7. Применение современных ионно-обменных материалов для разделения ионов редкоземельных элементов

Руководитель проекта: Курапова О.Ю.

Аннотация: Проект знакомит обучающихся с теоретическими и практическими аспектами протекания ионно-обменных процессов, строением и свойствами органических и неорганических ионнообменных материалов, а также основами физической химии. Особое внимание в проекте будет уделено изучению химического равновесия. В настоящее время ионный обмен играет значительную роль для обеспечения безопасности на производствах, очистки сточных вод, очистки растворов от определенного типа ионов (катионов тяжелых металлов, радионуклидов, умягчения воды), получения веществ, прямой синтез которых невозможен, разделения аминокислот и витаминов. Участникам проекта предлагается ознакомиться с основами синтеза  и анализа структуры ионно-обменных материалов методами РФА и гранулометрии, экспериментального определения основных физико-химических характеристик ионообменных материалов (констант обмена, обменной емкости), а также самостоятельного подбора оптимальных условий для разделения смесей Zn2+ и Cu2+ , а также «дидима» на Pr3+ и Nd3+.

Главные результаты

– Освоен синтез и анализ структуры ионообменных материалов методами РФА и гранулометрии, 
– проведено экспериментального определения основных физико-химических характеристик ионообменных материалов (констант обмена, обменной емкости),
– найдены  оптимальные условия для разделения смесей Zn2+ и Cu2+,
– достигнуто селективное разделение  «дидима» на Pr3+ и Nd3+.

Презентация проекта

Методические материалы

8. Синтез люминесцентных металл-органических каркасных структур лантаноидов для создания флуоресцентных красок

Руководитель проекта: Мерещенко А. С.

Волонтер проекта: Видякина А.А.

Аннотация: Металл-органические каркасные структуры, обладающие люминесцентными свойствами, являются перспективными материалами для создания новых фотокатализаторов, фотогальванических элементов, фотоактивных наноматериалов, люминесцентных биомаркеров, сенсоров, препаратов для фотодинамической противораковой терапии и разработки новых методов органического синтеза. С целью рационального дизайна металл-органических каркасных структур, обладающих заданными люминесцентными характеристиками, необходимо глубокое понимание связи фотофизических свойств с их составом и строением. Многие соединения лантаноидов обладают выраженными люминесцентными свойствами за счет f-f переходов ионов лантаноидов. Однако, в связи с тем, что f-f переходы запрещены по симметрии, неорганические соединения лантаноидов слабо поглощают свет и, как следствие, слабо люминесцируют. Решением данной проблемы может быть перевод ионов лантаноидов в возбужденные электронные состояния не напрямую, а в результате передачи энергии, сенсибилизации. В качестве сенсибилизатора для соединений лантаноидов часто выступают органические молекулы, например, анионы бензолдикарбоновых и бензолтрикарбоновых кислот. 

В данной работе будет проведён синтез металл-органических каркасных структур на основе смешанных терефталатов европия(III),  тербия(III), празеодима(III), диспрозия(III), гадолиния(III), лютеция(III) и иттрия в водных и водно-органических растворителях. Синтез будет проводиться как при комнатной температуры при реакции солей терефталата с солями редкоземельных элементов, так и сольватермическим методом в автоклаве при температурах до 180 градусов Цельсия. Для полученных соединений будут изучены люминесцентные свойства, качественный и фазовый состав. По итогам работы из полученных материалов будут созданы люминесцентные краски, светящиеся различными цветами под действием ультрафиолетового света. Также будут проведены пробные эксперименты по созданию люминесцентных сенсоров на различные аналиты, такие как ионы тяжелых металлов и органические растворители.

Главные результаты

– Синтезированы смешанные терефталаты Tb-Gd, Eu-Gd, Tb-Lu изоструктурны терефталату тербия Tb2(1,4-bdc)3*4h3O. Установлено, что смешанные терефталаты Eu-Lu при низких концентрациях (< 10 ат.%) европия изоструктурны терефталату лютеция Lu2(1,4-bdc)3*10h3O, а при высоких концентрациях европия – терефталату тербия Tb2(1,4-bdc)3*4h3O.
–  При возбуждении смешанных терефталатов, содержащих тербий и европий, в полосу поглощения терефталат иона на 254 нм наблюдается интенсивная люминесценция ионов тербия (488, 543, 586, 622 нм) и европия (577, 590, 615, 651, 700 нм).  
–  Показано, что с увеличением концентрации европия/тербия в смешанных терефталатах до 10% интенсивность люминесценции резко увеличивается, а затем плавно спадает.
– Установлено, что ионы Pb2+, Cu2+, Cr3+ и Fe3+ тушат люминесценцию терефталатов тербия и европия, что позволяет использовать данные терефталаты в качестве люминесцентных сенсоров. Тушение более выражено для смешанных терефталатов Tb-Lu, Eu-Lu и Tb-Eu-Lu.
– Разработаны люминесцентные краски на основе терефталатов тербия и европия. С помощью данных красок подготовлена иллюстрация к работе.

Презентация проекта

Методические материалы
 

9. Влияние растворителя на синтез и свойства металл-органических структур

Руководитель проекта: Скрипкин М.Ю.

Волонтер проекта: Булдаков А.В.

Аннотация: Синтез и изучение свойств металлорганических каркасных структур является одной из наиболее быстро развивающихся областей современной координационной химии. Этот класс координационных полимеров находит все большее практическое применение благодаря своим каталитическим, люминесцентным, газопоглотительным свойствам. Большое внимание уделяется не только синтезу новых металлорганических каркасных структур, но и оптимизации уже существующих методов синтеза, таких как метод медленного испарения, сольвотермальный, микроволновый, механохимический и так далее. Одним из возможных путей достижения оптимальных характеристик этих материалов (степени кристалличности, пористости, газопоглотительной способности) является подбор соответствующего растворителя. Целью настоящего проекта и станет выявление эффекта состава смешанного водно-органического растворителя на состав и структуру металлорганических каркасных структур (metal-organic frameworks, MOFs).

В ходе работы предполагается осуществить синтез ряда MOF, содержащих в качестве металлоцентров ионы переходных металлов, а в качестве линкеров — бензол ди- и трикарбоксилат-анионы и 4,4’-бипиридин. В качестве растворителя будут рассмотрены смеси воды с органическими растворителями с разной донорной способностью: этанолом, N,N-диметилформамидом, диметилсульфоксидом. В ходе выполнения проекта участники приобретут навыки химика-синтетика, познакомятся (теоретически и частично — на практике) с такими методами синтеза, как взаимная диффузия растворов, медленное испарение, сольвотермальный, сонохимический, электрохимический синтез, освоят базовые методы химического анализа, получат навыки расшифровки колебательных спектров и дифрактограмм вещества, данных ТГ, ДТА и ДСК. Предлагаемый проект является частью проекта, поддержанного грантом РФФИ.

Главные результаты

– Синтезировано более 50 синтезов металл-органических каркасных структур,
– получено 15 уникальных МОФов,
– структура МОФов подтверждена методами  РФА и рамановской спектроскопии,
– выявлены зависимости влияния состава растворителя на структуру исследованных МОФов.

Презентация проекта

Методические материалы

10. Ядерный магнитный резонанс в земном поле

Руководители проекта: Иевлев А.В., Куприянов П.А.

Аннотация: Курс экспериментальных работ в рамках проекта по ядерному магнитному резонансу (ЯМР) в земном поле позволит школьникам полностью ознакомиться со всеми основными методами ЯМР, а также с его особенностями в слабых магнитных полях. Проект нацелен, в основном, на изучение возможностей ядерного магнитного резонанса, поскольку методы ЯМР являются одним из самых мощных инструментов для неразрушающего изучения как физико-химических свойств различных веществ, так и исследования самой структуры вещества. Кроме того, магнитный резонанс имеет достаточно широкие применения, такие как ЯМР-томография и магнитометрия, огромным плюсом к этому могут послужить возможности близких явлений электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), с которыми также познакомятся участники проекта. 

Порядок работ выстроен так, что школьники сначала получат необходимую начальную информацию о явлении и научатся работать с приборами: ЯМР-магнитометром и ЯМР-спектрометром, работающих в слабых магнитных полях. В этом проекте школьникам придется научиться настраивать экспериментальную установку, находить сигнал ЯМР, добиваться оптимальных режимов работы, регистрировать спектры ЯМР в земном магнитном поле, вычислять некоторые характеристики веществ, а также получать карты магнитного поля Земли.

Главные результаты

– Проведены измерения  магнитного поля Земли с помощью низкополевого спектрометра,
– установлена временная вариация магнитного поля Земли, измеренная на внутреннем дворе школы,
– установлена вариация магнитного поля Земли с вариометрических станций, расположенных на примерно одной долготе(+/- 1,376°), а в углу зависимость наклонения вектора магнитного поля от широты, на которой расположена станция,
– обнаружен градиент МПЗ на участке около школы,
– измерено магнитное поле на участке около школы и градиент МПЗ на участке около школы.

Презентация проекта

Методические материалы

11. Разработка и анализ перспектив нестандартных путей использования супергидрофобных покрытий

Руководиитель проекта: Рогожин В.Б.

Волонтер проекта: Лезова А.А.

Аннотация: В последнее десятилетие появилось большое количество исследований, раскрывающих возможности использования супергидрофобных покрытий не только для защиты от влаги, но и для решения других  задач: в микрофлюидике, в концепции «лаборатория-на-чипе», в медицине для уменьшения тромбообразования и т.д. Однако спектр возможных применений этих покрытий далеко не исчерпан. Известно, что режим Касси-Бакстера характеризуется наличием газа в полостях поверхности, непосредственно контактирующей с жидкостью. Совокупность свойств подобного контакта, а именно, свободный обмен частицами через границу раздела газ-жидкость, малые коэффициенты трения жидкости о подобную поверхность, возможность резкого увеличения ее площади при фиксированном объеме за счет размещения в нем тонких пленок или волокон с супергидрофобным покрытием могут иметь прямое практическое применение.

В ходе выполнения проекта участники проанализируют перспективы практического применения супергидрофобных поверхностей в медицине для создания искусственного легкого, в биотопливной энергетике для решения задачи высокоэффективного отделения высоколетучих топливных компонент из водного раствора, а также для опреснения морской воды при сравнительно низких температурах и малых энергетических затратах. В рамках проекта будут рассмотрены особенности гидрофобных и супергидрофобных покрытий, пути стабилизации режима Касси-Бакстера. Участники создадут и исследуют свои конструкции, связанные с проблематикой проекта.

Главные результаты

– Созданы две модели искусственного легкого и продемонстрирована их эффективность; предложены пути дальнейшего усовершенствования,
– собраны и испытаны две установки, позволяющие опреснять морскую воду за счет энергии окружающей среды,
– собрана установка по непрерывному отделению высоколетучих компонентов на примере C2H5OH, которую можно применять непосредственно в биореакторе в процессе жизнедеятельности микроорганизмов,
– исследовано поведение ферромагнитных жидкостей на супергидрофобной поверхности и проанализированы возможности применения супергидрофобной поверхности в контакте с ферромагнитной жидкостью.

Презентация проекта

Методические материалы

Сравнение неорганических и органических соединений: объяснение и практика — видео и расшифровка урока

Органические и неорганические свойства

Существует несколько свойств химических соединений, которые мы используем для сравнения различных соединений. Эти свойства включают:

• Растворимость
• Вязкость
• Плотность
• Проводимость
• Реактивность

Мы можем использовать эти свойства для сравнения органических и неорганических соединений.Для каждого из этих свойств есть исключения, но мы будем говорить об общих тенденциях.

1. Растворимость

Большинство органических соединений имеют ковалентные связи, тогда как большинство неорганических соединений имеют ионные связи. Ионные связи позволяют неорганическим соединениям диссоциировать на положительные и отрицательные ионы в воде, что делает их хорошо растворимыми в воде, то есть легко растворяемыми. С другой стороны, большинство органических соединений нерастворимы в воде, хотя и растворимы в других органических соединениях.

2. Вязкость

Вязкость , которая в основном представляет собой толщину или способность сопротивляться деформации, зависит от того, насколько сильны межмолекулярные силы между молекулами. Чем сильнее межмолекулярные силы, тем выше вязкость. Чисто углеводородное органическое соединение будет иметь очень мало межмолекулярных сил между собой. Чем больше других элементов (например, кислорода или хлора) включено в структуру, тем больше межмолекулярных сил будет ощущать молекула. Но в целом межмолекулярные силы органических соединений слабы, поэтому их вязкость имеет тенденцию быть низкой.

Неорганические соединения больше подвержены межмолекулярным силам, таким как диполь-дипольные силы и водородные связи. Таким образом, они, как правило, имеют более высокую вязкость.

3. Плотность

Плотность , то есть насколько что-то компактно, зависит от размера молекулы и веса атомов в молекуле. Большинство органических соединений имеют много атомов водорода, потому что углеводороды являются обычными связями. Водород имеет очень низкую плотность; на самом деле, это атом с самой низкой плотностью.Поскольку органические соединения, как правило, имеют больше атомов водорода, чем неорганические соединения, это делает органические соединения обычно менее плотными, чем неорганические соединения.

4. Электропроводность

Мы упоминали, что органические соединения, как правило, имеют ковалентные связи, а неорганические соединения, как правило, имеют ионные связи. Способность неорганических соединений к ионизации позволяет им быть лучшими электропроводниками. Давайте подумаем о том, как работает проводимость : это движение электронов из одного места в другое.Если есть заряды, например, в ионизированных неорганических соединениях, то электроны могут двигаться легче. Таким образом, неорганические соединения обычно обладают большей проводимостью, чем органические соединения.

5. Реактивность

Реактивность в данном случае относится к тому, насколько легко или трудно вещество реагирует на стимуляцию. Стабильное органическое соединение, как правило, очень нереакционноспособно, и требуется много времени, чтобы заставить его реагировать. Это потому, что для разрыва связей органических соединений мы разрываем ковалентные связи, которые намного прочнее ионных связей.Это означает, что неорганические соединения имеют более высокую общую скорость реакции, чем органические соединения.

В реакциях обычно присутствуют промежуточные продукты. Эти промежуточные соединения представляют собой соединения, которые не являются стабильными, но необходимы для получения конечного продукта. Например, если мы разорвем водородно-углеродную связь в органическом соединении, чтобы заменить водород кислородом, мы на мгновение получим положительный или отрицательный заряд углерода. Углерод не любит держать никаких зарядов.Таким образом, органические промежуточные соединения обладают высокой реакционной способностью и быстро реагируют со всем, что доступно.

Органические и неорганические Примеры

Итак, давайте рассмотрим несколько органических и неорганических соединений:

• Мочевина
• Метан
• Фосфат кальция
• Поваренная соль

Давайте сначала посмотрим на химические формулы каждого соединения:

• Мочевина: CH N2 O
• Метан: Ch5
• Фосфат: Ca3 (PO4)2
• Поваренная соль — это просто: NaCl

Из химических формул видно, что мочевина и метан являются органическими соединениями (в их состав входят атомы углерода), а фосфат и поваренная соль – неорганическими.

Теперь давайте посмотрим на свойства каждого в этой таблице:

Соединение	Растворимость	Вязкость	Плотность	Проводимость	Реактивность
Мочевина	Высокий	Очень низкий	Высокий	Высокий	Середина
Метан	Очень низкий	Очень низкий	Очень низкий	Низкий	Низкий
Фосфат	Низкий	Середина	Высокий	Середина	Высокий
Соль	Очень высокая	Высокий	Высокий	Высокий	Высокий

Для некоторых из этих свойств они в точности соответствуют нашим ожиданиям. Метан, например, очень низок или низок в каждой категории, как и следовало ожидать для органического соединения. Однако мочевина (еще одно органическое соединение) имеет очень низкую вязкость и высокую растворимость, плотность и проводимость. Как это может быть, учитывая то, что мы только что узнали об общих свойствах органических соединений? Что ж, если мы посмотрим на химическую формулу мочевины, то увидим, что она имеет только одну углерод-водородную связь, в то время как другие связи немного больше похожи на те, которые встречаются в неорганических соединениях, поэтому имеет смысл, что она будет действовать больше как неорганическое соединение.

Очень важно понимать, что свойства органических и неорганических соединений являются лишь общими тенденциями, и иногда эти тенденции могут быть нарушены.

Резюме урока

В химии есть две группы соединений, и они обычно изучаются отдельно. Органические соединения обычно представляют собой соединения, включающие атомы углерода и, как правило, водородно-углеродные связи. С другой стороны, неорганические соединения обычно не содержат атомов углерода.Мы рассмотрели пять основных свойств, которые позволяют нам сравнивать их:

1. Растворимость или способность растворять
2. Вязкость , которая представляет собой толщину или способность сопротивляться деформации
3. Плотность , или насколько компактно что-то
4. Электропроводность или движение электронов из одного места в другое
5. Реактивность , или насколько легко или трудно вещество реагирует на стимуляцию

Мы можем сравнить те пять свойств, которые мы рассмотрели, чтобы увидеть различия между этими двумя группами.

• Растворимость: неорганическая обычно выше
• Вязкость: неорганическая обычно выше
• Плотность: неорганическая обычно выше
• Электропроводность: неорганическая обычно выше
• Реакционная способность: неорганическая обычно выше

Органические и неорганические соединения

Органические и неорганические соединения

Существуют основные различия между органическими и неорганическими соединениями. Хотя оба типа соединений составляют основу химии, эти два типа довольно различны.Основное отличие заключается в наличии атома углерода; органические соединения будут содержать атом углерода (и часто атом водорода для образования углеводородов), в то время как почти все неорганические соединения не содержат ни одного из этих двух атомов.

Хотя большинство неорганических соединений не содержат углерод, некоторые из них содержат. Например, монооксид углерода и диоксид углерода содержат атомы углерода, но их количество недостаточно велико для образования прочных связей с кислородом, присутствующим в молекуле. Из-за небольшого количества углерода и слабых связей, которые он образует, ученые уже давно классифицируют эти молекулы как неорганические, но это побудило некоторых в научном сообществе заявить о необходимости лучшей системы классификации соединений.

Другим важным различием между органическими и неорганическими соединениями является тип молекулы и ее связь с живыми существами. Органические соединения будут включать такие вещи, как нуклеиновые кислоты, обнаруженные в ДНК, липиды и жирные кислоты, обнаруженные в клетках живых организмов, белки и ферменты, необходимые для клеточных процессов, и многое другое. Между тем, неорганические соединения включают соли, металлы и другие элементарные соединения.

1. C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ — Сахароза, более известная как сахар, который мы используем дома, является важным органическим соединением, которое содержит не только углерод и водород, но содержит их в изобилии и в больших соотношениях. чем присутствующий кислород.

2. CH ₄ — Также известное под более распространенным названием метан, это органическое соединение на основе углерода и водорода является широко признанным продуктом жизнедеятельности живых существ.

3. C ₅₅ H ₇₂ O ₅ N ₄ Mg — более известный среди исследователей как хлорофилл-а. главный фактор процесса фотосинтеза у растений.

4. (NH ₄ ) ₂ S — Несмотря на наличие атомов водорода в этом соединении, отсутствие атома углерода и возникающие в результате слабые связи, которые образуются между атомами, делают сульфид аммония неорганическим соединением.

5. CaCl ₂ — Хлорид кальция представляет собой неорганическое соединение, имеющее множество применений, но отсутствие в нем атома углерода, атома водорода или того и другого означает, что он классифицируется как неорганическое соединение.

Органические и неорганические соединения

Что такое неорганическое вещество? — Определение из Corrosionpedia

Что означает неорганическое вещество?

Неорганическое вещество – это вещество, не полученное из живых организмов и не содержащее углерода органического происхождения.В него входят горные породы, минералы и металлы. Неорганические вещества можно формально определить по отношению к тому, чем они не являются: органическими соединениями.

Хотя минералы могут иметь биологическое происхождение, они в основном представляют собой оксиды и сульфиды, строго неорганические. На самом деле, большая часть Земли неорганическая.

Неорганические вещества имеют множество применений, таких как краска, пигменты и покрытия для защиты поверхности от коррозии.

Corrosionpedia объясняет неорганическую материю

Вещество, которое не происходит от растений и животных, называется неорганическим веществом.Содержание дела не важно, главное то, как оно было сделано. Например, большая часть органических веществ содержит углерод, даже кожа, мышцы и семена. Алмазы также являются углеродом, но они не сделаны растениями или животными, поэтому алмазы неорганические.

База данных неорганических кристаллов (ICSD) в своем определении «неорганических» углеродных соединений утверждает, что такие соединения должны содержать либо связи С-Н, либо связи С-С, но не обе связи. Различные неорганические соединения, содержащие углерод:

• Окись углерода
• Углекислый газ
• Карбонаты
• Цианиды
• Цианаты
• Карбиды
  
• Тиоцианаты

К неорганическим материалам относятся камень, металл, керамика и стекло, которые состоят из горных пород или минералов.Некоторые неорганические материалы встречаются в бумажных форматах: фотографии содержат металлические частицы; некоторые пигменты и чернила содержат минералы, металлы или оксиды металлов; а металлические частицы иногда обнаруживаются в самой бумаге. Неорганические материалы, как правило, стабильны по отдельности, но они могут реагировать с другими материалами, вызывая их ухудшение. Как и органические материалы, неорганические материалы могут быть природными или синтетическими (например, некоторые пигменты встречаются в природе в виде минералов, но их также можно производить из других неорганических материалов).

Как органические, так и неорганические вещества могут вызывать коррозию водопроводных труб. Наличие неорганического материала вызывает помехи в трубах, образование отложений на корпусе.

Неорганический материал – обзор

25.2.1 Неорганические материалы

Неорганические материалы использовались в первом транзисторе в 1947 году в Bell Labs. Лучший способ получить общее представление о различных классах неорганических полупроводниковых материалов — изучить периодическую таблицу элементов.В таблице 25.1 показана часть периодической таблицы, связанная со многими элементарными и составными полупроводниками.

Таблица 25.1. Часть периодической таблицы, связанной со многими элементарными и сложными полупроводниками

1 SI

II	III	IV	V	VI
1 B	C	N	O
MA	AL	P	S
ZN	GA	GE	AS	SE
CD	в	SN	SB	Te
Hg	Tl	Pb	Bi

Большинство неорганических полупроводников находятся в группе IV, углерод (C) в форме алмаза и олово (Sn). Кристаллическая структура всех этих полупроводников показана как алмаз. Разница между ними заключается в проводящих свойствах между металлами и изоляторами. Алмаз ведет себя скорее как изолятор; между тем олово очень похоже на металл. Между ними кремний и германий ведут себя как два типичных полупроводника. В настоящее время они являются доминирующими материалами в микроэлектронике и наиболее важными материалами во всех современных коммуникационных технологиях. Помимо чистых элементарных полупроводников Si и Ge, сплавы обоих материалов также обладают полупроводниковыми свойствами, например, SiGe или Si _{1− x} Ge _x , где x представляет собой мольную долю компонентов сплава.

Общим признаком элементов IV главной группы таблицы Менделеева является наличие четырех электронов во внешней оболочке их электронных облаков, так называемой валентной оболочке. Они могут быть легированы различными типами и концентрациями примесей для изменения их проводимости. Это изменение проводимости можно рассматривать как одно из важнейших свойств полупроводника.

На рис. 25.1 показаны три основных представления связи полупроводника. На рис. 25.1(а) показан собственный кремний, очень чистый и содержащий ничтожно малое количество примесей.Каждый атом кремния делит свои четыре внешних электрона с четырьмя соседними атомами, образуя четыре ковалентные связи. На рис. 25.1(b) показан кремний n-типа, где атом кремния заменен замещающим атомом фосфора с пятью крайними электронами. В результате отрицательно заряженный электрон отдается решетке в зоне проводимости. На рис. 25.1(c) показано, что, когда атом бора с тремя крайними электронами заменяет атом кремния, в валентной зоне создается положительно заряженная дырка, и дополнительный электрон принимается для образования четырех ковалентных связей вокруг бора.Это кремний p-типа.

Рисунок 25.1. Три основные картины связи полупроводника. (а) собственный Si без примеси; (б) Si n-типа с донором (фосфор). (в) Si p-типа с акцептором (бор).

Помимо группы IV, соединения по атомам в группах III-V также являются полупроводниками, такими как BN, BP, Bas, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, и ИнСб. За исключением нитридов, все эти соединения кристаллизуются в структуру цинковой обманки. Нитриды стабильны в структуре вюрцита.Между тем кристаллы смесей из бинарных соединений AIIIBV также обладают полупроводниковыми свойствами, такими как (Ga,Al)As, Ga(As,P), (In,Ga)As и (In,Ga)(As,P ).

Соединения по атомам II-VI групп, такие как ZnS, ZnSe, ZnTe, CdTe, HgSe, HgTe, CdS, CdSe, MgTe, также обладают полупроводниковыми свойствами. Как и в случае соединений III-V, большое количество полупроводниковых сплавов также может быть получено из соединений II-IV, таких как (Hg,Cd)Te, Zn(S,Se), Cd(S,Se) и т.д.

Хотя неорганические материалы обеспечивают изготовленным устройствам наилучшие характеристики в области полупроводников, их кристаллическая структура не позволяет использовать их в носимых текстильных изделиях. Эти материалы не могут быть нанесены на гибкую подложку, такую ​​как лист, пленка или пряжа, с удовлетворительной адгезией, поскольку они являются хрупкими и хрупкими и чувствительными к загрязнениям в условиях производства. Требование высокой температуры для их нанесения также является препятствием для их нанесения на текстильные подложки. Наиболее распространенные текстильные материалы не могут выдерживать температуры выше 300°C, что препятствует традиционным технологиям осаждения, применяемым на текстильных подложках, таким как напыление (Carlston et al., 1965). Однако это неудобство преодолевается за счет использования аморфного кремния (a-Si) (Madan, 2006).

Работа над a-Si с использованием химического осаждения из паровой фазы с плазменным усилением (PECVD) в газообразном силане (SiH ₄ ) была начата Стерлингом и его коллегами в Standard T Communication Laboratories, начиная с 1965 г. (Sterling and Swann, 1965). В настоящее время он стал основой многомиллиардного рынка в различных приложениях, таких как устройства с полевым эффектом (Le Comber et al. , 1979), жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей (Rose, 2012), электрофотография (Schein, 1988). , датчики изображения, солнечные батареи (Rech and Wagner, 1999) и т. д.Его неупорядоченная атомная структура является основным признаком, отличающим аморфные материалы от кристаллических. Хотя для a-Si есть слово аморфный , он не является полностью аморфным, поскольку a-Si сохраняет ковалентные связи между атомами кремния точно так же, как и в кристаллическом кремнии, с тем же числом соседей и той же средней связью. длины и валентные углы. Беспорядок представлен функцией распределения пар атомов. Аморфный кремний имеет тот же ближний порядок, что и кристалл, но не имеет дальнего порядка.Тем не менее, некоторые дефекты, так называемые оборванные связи, все еще существуют из-за неупорядоченной природы материала.

В отличие от традиционного транзистора на основе кремния, для которого обычно требуется высокотемпературный процесс, превышающий 800°C, большое преимущество аморфного кремния заключается в том, что его можно наносить в виде тонкой пленки при низкой температуре на различные подложки. Это дает огромное количество возможностей для использования в текстильных приложениях. Однако подвижность носителей аморфного кремния ограничена величиной порядка 1 см ² В ^-1 с ^-1 , что на два-три порядка ниже, чем у монокристаллического Si (~200 см ² V ^-1 с ^-1 для концентрации носителей ∼10 ¹⁹ см ³ ) (Nomura et al., 2004). На самом деле из-за шероховатости текстильной поверхности и загрязнений фактическая линейная подвижность будет ниже идеального значения.

Вода и неорганические соединения | СпрингерЛинк

Действия

‘) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка. querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») форма.setAttribute(«действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart»)) document.querySelector(«#ecommerce-scripts»).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { переключать.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle. getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаВариант.classList.add («расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = window.fetch && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Ящик для покупок: ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) modal. domEl.addEventListener («закрыть», закрыть) функция закрыть () { форма.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart?messageOnly=1») ) form.addEventListener( «Отправить», Buybox.interceptFormSubmit( Буйбокс.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), консоль.лог, ), ложный ) document. body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener(«keydown», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«. цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

ГЛАВА 4

ГЛАВА 4

ГЛАВА 4

 

ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ И РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

 

Неорганический материя

Растворенный неорганический вещество возникает в результате процессов растворения и выветривания, либо водоемом сами по себе или за счет косвенных воздействий, таких как поверхностный дренаж и гидротермальные источники. Неорганические частицы обычны в воде, которая является эрозионной или повторно взвешенной. отложения. Песок и другие минеральные зерна вымываются волнами на морские и Берега озер и равнинные реки обычно мутные, так как они несут большое количество мелких неорганических частиц. Кроме того, что в результате эрозии неорганические частицы также имеют биогенное происхождение. Кремнистые панцири диатомей и панцири многих видов беспозвоночных и простейших являются результатом жизнедеятельности организмов, как и коралловый песок, выветриваемый с рифов.

 

Древний органическое вещество и происхождение жизни

Органические молекулы имеют присутствует в воде до тех пор, пока вода существует на планете. Кроме того к их присутствию в объемной воде органические молекулы адсорбируются на границах раздела и таким образом, находятся в поверхностной пленке, на субстрате и на поверхности частиц.

Эволюция живого организмы, вероятно, зародились, когда органические молекулы выровнялись на водной поверхности. субстрат и начал размножаться.Подложки-кандидаты – частицы глины, поверхность пузырьков или поверхностная пленка водоемов. Считается, что жизнь имеет начинается вокруг морских гидротермальных источников, но граница раздела воздух-вода находится на окраинах древних океанов также подходил, особенно там, где была мощная вулканическая Мероприятия. Каким бы ни было происхождение, мы можем быть уверены, что жизнь зародилась в воде.

Разработка клеточности

Важный шаг в эволюция живых организмов шла с развитием одноклеточных организмов окружен клеточной стенкой, через которую проходят органические вещества.Этот шаг был необходимо для развития измененной среды внутри клетки, с клеточный метаболизм, происходящий в регулируемой среде, довольно отличной от окружающей воды. Затем эволюция многоклеточности позволила сложное разнообразие форм жизни, которые мы видим сегодня, где клетки стали специализированными на разные функции, чтобы каждая клетка больше не должна была выполнять все функции живого организма.

Одноклеточные и многоклеточные морские организмы остаются в почти изотонической среде, т.е.д., их камера содержание существенно не отличается по концентрации ионов от окружающего вода. Пресная вода создает контраст, так как эта разбавленная среда создает осмотическое давление. градиент, вызывающий заливание клеток водой, если не принять меры принимаются для предотвращения притока. Разнообразие пресноводной жизни показывает, что это было успешно достигнуто многими различными типами организмов.

При рассмотрении водных организмов, мы должны ссылаться на окаменелости.Если бы мы вернулись на десятки и через сотни миллионов лет мы бы узнали знакомые многоклеточные водные организмы, но было бы и много незнакомых. Некоторые (например, некоторые из них сохранились в виде окаменелостей в сланцах Берджесс [4.1.]) отличаются от современных животных и нашего взгляда на формы жизни в древних океанах были преобразованы такими открытиями. Однако одноклеточные организмы мало чем отличались от присутствующих сегодня, что свидетельствует об успехе своего образа жизни.Эти одноклеточные жизненно важны для функционирования всех водных организмов. системы и встречаются везде, даже в экстремальных условиях.

Необходимое производство питательные вещества из химических веществ (хемосинтез) и света (фотосинтез)

Жили несколько одноклеточных и продолжают жить в водной среде, такой как горячие источники и гидротермальные жерла, богатые восстановленными соединениями, такими как метан и сероводород. Они разработали механизмы для производства жизненно важных материалов для роста и обмена веществ. из этих восстановленных соединений, таким образом производя свою собственную пищу путем хемосинтеза [4. 2.].

Разработаны другие одноклеточные пигменты, использующие световую энергию. Эта энергия использовалась для превращения углекислого газа и воды в углеводы в результате химического процесса фотосинтеза [4.2.]. Важным побочным продуктом фотосинтеза является кислород, и этот газ уходит в атмосферу, чтобы обеспечить большую часть кислорода, от которого зависит большая часть жизни. Сегодня, когда есть опасения по поводу количества углекислого газа в атмосфере, фотосинтез морских организмов представляет собой ключевой поглотитель этого газа и возможные средства контроля его количества, особенно если железо присутствует в вода [4.3.].

 

Что частица, а что такое растворенное вещество?

Газы и полезные ископаемые растворяются в воде, но иногда бывает трудно различить материалы в раствор из тех, которые образуют очень тонкие суспензии. По этой причине и чтобы обеспечить быструю обработку образцов, принято рассматривать все вещество, проходящее через фильтр с размером пор 0,45 мкм, растворяется и все осталось в виде частиц. Каждая фракция далее подразделяется на то, что является органическим или неорганическим, но я сосредоточусь на органическом веществе в этой главе. Таким образом, растворенные органические вещества (РОВ) проходят через фильтр а твердые органические вещества (POM) — нет.

DOM содержит много коллоидных частицы (коллоиды определяются здесь как имеющие длинную ось между 1 нм и 1 мкм), вирусы и даже мелкие бактерии (фильтр с размером пор 0,2 мкм считается пригодным для стерилизации жидкостей).Частицы, будь то коллоидные или большего размера, имеют покрытия из РОМ и других химических веществ, а также необходимо учитывать. Добавьте к этому осторожность, необходимую при взгляде на любой процесс фильтрации (изменение размера пор, адсорбция на фильтре поверхность, влияние процесса фильтрации на состояние вещества) и мы можно видеть, что это оперативное разделение между растворенными и твердыми частицами далеко от идеала.

Системы классификации

Как цельная вода анализируется на химические компоненты, т. е.г., аминокислоты, углерод, азот и др., таким же является фильтрат после пропускания воды через поры размером 0,45 мкм. фильтр. Это приводит к новой серии аббревиатур: DOC — растворенный органический углерод; DIN растворенный неорганический азот и т. д. Каждое исследование будет иметь свои собственные требования. но наиболее распространенной единицей, используемой при анализе этой фракции, является растворенная органическая углерод.

Классификация органическое вещество, используемое в биологии проточной воды, показано в таблице 4.1. Изменение в размерах частиц вдоль ручьев и рек была главной темой интерес к этим местам обитания, и эта классификация была разработана, чтобы позволить изменения быть под наблюдением. В некоторых исследованиях UPOM используется как отдельная категория, FPOM переклассифицируются как имеющие диаметр < 1 мм, но > 50 мкм. уход таким образом, необходимо при сравнении данных, чтобы убедиться, как определяются категории.

Таблица 4.1. Схематическая классификация взвешенных органических веществ.

Категория	Диаметр
Крупнодисперсные органические частицы Материя (КПОМ)	> 1 мм
Мелкодисперсные органические вещества Материя (FPOM)	< 1 мм, но > 0.45 мкм
Сверхтонкие органические частицы Материя (УПОМ)	< 50 мкм, но > 0,45 мкм

 

Классифицирующие агрегаты

В дополнение к дискретному частиц всегда присутствуют какие-то агрегаты, а в некоторых могут преобладать агрегаты. пробы воды.Так как же они классифицируются? Обычно рассматривают совокупность как частицы, имеющие размеры длины, ширины и площади, как дискретные частиц, поэтому значение агрегатов легко упустить из виду. Усложнить имеет значение, агрегаты могут быть слабо связаны и легко распадаться (часто во время фильтрации), или могут удерживаться вместе очень сильными силами, так что они напоминают дискретные частицы.

Иногда компоненты агрегатов идентифицированы, поэтому они могут быть описаны как состоящие из диатомей панцири или опознаваемые останки животных.Чаще их описывают как аморфные, состоящие из различных неидентифицируемых фрагментов органических и неорганических вещество, связанное органической матрицей. Эта матрица состоит из полисахаридов.

Адсорбция и важность поверхностей

Еще одна особенность частиц заключается в том, что они могут иметь покрытия из адсорбированных на них материалов. Ли частица дискретная или в виде агрегата, на поверхности, которые заряжены, и они действуют как места связывания химических веществ в вода.Адсорбируются и другие частицы, и некоторые из них уже имеют свои свойства. собственные адсорбирующие покрытия.

 

Источники органических веществ в водных системах

Входы извне (аллохтонные) и в пределах (автохтонные) водоема

Приходит органическое вещество в воду из воздушных или наземных источников (например, в виде падающих листьев, во время дождя, в качестве дренажа и т.д.) или генерируется внутри системы (например, в результате фотосинтеза и хемосинтез). Входы извне системы называются аллохтонными; внутри системы генерируются автохтонные входы. Важность два типа ввода будут варьироваться в зависимости от местоположения водоема. Например, ручьи, протекающие через лесные массивы, имеют большие аллохтонные входы, в то время как большие озера и океаны имеют большие автохтонные входы.

Экскременты и экссудаты

В дополнение к органические вещества, внесенные мертвыми телами, почти все живые животные также производят эгеста.Проглоченная пища переваривается, а остатки вместе с продуктами жизнедеятельности метаболизма, выводятся с фекалиями и мочой. Органический состав фекалии зависят от эффективности усвоения пищевых компонентов. скорость образования фекалий также зависит от качества пищи. Животные с рационом более низкого качества, как и многие детритофаги, питаются почти непрерывно. и производят большое количество фекального материала. Напротив, хищники имеют самая питательная диета, и многие едят и испражняются нерегулярно, так как пища часто задерживаются в кишечнике, чтобы обеспечить эффективное пищеварение.

Микроорганизмы, растения и животные производят выделения изнутри тела, и они выделяются через стенка тела. Существует много видов экссудата, но наиболее распространенными являются те состоящий в основном из полисахаридов в сочетании с белками. Часто называют слизистые вещества – это сложные полимеры, гидратирующиеся под воздействием воды, часто резко так: малое количество экссудированного полимера становится большим количеством слизистого вещества.Эти экссудаты используются для прикрепления, в качестве шунтов при избытке углерод внутри клеток, как средство защиты, для защиты [4.4.], и для многих других целей. Термин экзополимер используется для описания этих выделений. на протяжении всей этой книги.

Репродукция биота

Размножение организмов образует живые органические частицы. Первые одноклеточные организмы разделились путем расщепления генетического материала, а затем и клетки, способ размножения это продолжается и в современных одноклеточных организмах [4.5.]. С многоклеточностью пришла эволюция особых репродуктивных клеток, с мужские и женские гаметы сливаются, образуя зиготу. Многие водные животные из от примитивных до высокоразвитых, используют внешнее оплодотворение и сбрасывают гаметы в воду. Другие организмы используют внутреннее оплодотворение со слиянием клеток. происходит в организме животного с последующим высвобождением зиготы. Потомство при рождении может быть малоразвитым или находиться на продвинутой стадии развития.Сбрасываемые гаметы, зиготы и более развитые потомки увеличивают количество органических частицы в воде, часто импульсами, когда размножение происходит в определенное время года.

 

Поломка органических веществ в воде

Выщелачивание и кондиционирование мертвого органического вещества грибами и бактериями

Когда водные растения и животные умирают, в их тела вторгаются микроорганизмы, чтобы начать процесс разложения.По мере прогрессирования распада материал из клеток вымывается. выйти в воду.

Растворенное органическое вещество также происходит выщелачивание при попадании в водные системы из воздуха или окружающей земли. Растворимые химические вещества быстро выщелачиваются при контакте с водой, что мы легко продемонстрируем. при приготовлении чая из сушеных чайных листьев. Наземные или эмерджентные многолетние растения часто имеют механизмы, которые сохраняют ценные материалы в местах хранения, таких как стебли или корни, листья у лиственных пород ежегодно сбрасываются.Когда сарай листья попадают в водные системы они содержат большое количество тугоплавких растений укрепляющие материалы, такие как лигнин и целлюлоза. Количество DOM, которое выщелачивания соответственно малы, но разные виды вымываются в разные градусов, часто отражающих прочность листа. Запасы древесины содержат аналогично большое количество укрепляющих соединений.

Микробная колонизация и последующее расщепление твердых частиц органического вещества называется кондиционированием.В пресных водах первоначальными агентами распада органических частиц являются грибы. и бактерии, причем первые относительно редко встречаются в море. Поселилось много грибов пресные воды с суши, где они необходимы для разложения листьев мусор и дрова. Они развили мощные экзоферменты (ферменты, которые производятся грибами для работы снаружи), которые переваривают стенки клеток растений и, таким образом, способствуют более быстрое разрушение, чем может быть достигнуто только бактериями.Водные грибы ту же роль играют и в поражении растительного детрита. Бактерии, которых много во всех водоемах, прикрепляться ко всем вновь оголенным поверхностям и также нападать на них с экзоферментами, в конечном итоге вызывая распад матрикса тканей. В Таким образом, пресноводные бактерии используют новые поверхности, подвергшиеся воздействию грибков, но только бактерии являются доминирующими агентами разложения в море.

В свежем или морские воды в результате выщелачивания и кондиционирования являются входами РОВ и POM, причем размер частиц последнего уменьшается со временем по мере фрагментации доход. Расщепление органических веществ происходит во всей толще воды. но наиболее важными местами являются те, где накапливается органическое вещество. Они могут быть крупномасштабными (например, участки отложений или оседания на грязевых отложениях). равнины, равнинные реки, ложа озер) или в меньшем масштабе (например, пакеты листьев на вверх по течению от камней в ручьях, береговых линий на пляжах, туш на глубокое дно океана). Участки высокой микробной активности также встречаются в столб воды.Например, некоторые термически стратифицированные океаны имеют характерную кислородный минимум вокруг термоклина, где происходит торможение тонущих частиц когда они сталкиваются с более плотной холодной водой. Частицы обычно колонизируются большое количество аэробных бактерий, которые используют часть доступного кислорода.

Наибольшее разложение в толще воды аэробными микроорганизмами, но некоторые стратифицированные озера развивают такое низкое напряжение кислорода вблизи субстрата в течение лета, что анаэробы являются единственными организмами, способными выжить. Анаэробный метаболизм также характерен в отложениях, имеющих постоянное отложение большего количества частиц. Сокращение условия в таких отложениях приводят к медленному разрушению и развитию богатых органикой пластов, которые в конечном итоге образуют пласты ископаемого топлива.

Бактериальные номера

Многие водоемы содержат огромное количество бактерий [4.6.]. Например, некоторые озера, обогащенные органическими веществами, могут содержать более 10 миллионов бактерий. мл ^-1 , а прибрежный ил > 40 млн бактерий см ^-2 (размножение по объему или площади дает представление об общем количестве присутствующих в среде обитания).Однако прямой подсчет не дает никакого представления об активности бактерий: клетки может находиться в состоянии покоя или подвергаться взрывному росту, в зависимости от условий. Немного бактерии устойчивы к экстремальным температурам (горячим или холодным), высоким химическим концентрациям, высокий или низкий уровень pH, высокое барометрическое давление и многие другие физико-химические факторы. Именно эта толерантность к широкому спектру условий разными таксонами и их силы размножения, которые сделали бактерии столь успешными.Их чрезвычайно Короткое время генерации и древняя родословная позволили выбрать типы, которые кажутся способными использовать любую водную среду, даже самую явно враждебную к живым организмам.

Большинство бактерий являются гетеротрофами, т. е. они зависят от внешних источников энергии для метаболизма и не могут производят себе еду. Большая часть углекислого газа выделяется с поверхности водного объекта является результатом микробного метаболизма, и это отражает их важность в функционировании водных систем.

Микробная насадка механизмы и структура и функция биопленок

Планктонные бактерии переносятся водными потоками, и большинство из них покрыты жгутиками, которые позволяют им двигаться хемотаксически к источникам питательных веществ. Однако многие водные бактерии, как планктонные, так и бентосные, остаются прочно прикрепленными к поверхностям. В виде мы видели ранее, прикрепление между бактериями или бактериями на субстрате, достигается секрецией экзополимера из бактериальных клеток.Эти экссудаты принимать различные формы, например, фибриллы, пузырьки или листы. Помимо обеспечения прикрепления, экзополимер обеспечивает средства сохранения экзоферментов и для приобретая адсорбированные органические вещества. Выделения многих бактерий объединяются в образуют биопленки.

Бактериальные биопленки [4.7.] обнаруживаются везде, где есть скопления бактерий, и они могут быть в толще воды, на границе раздела воздух-вода или над и внутри субстрата.Бентические биопленки, покрывающие субстрат, имеют сложную структуру и должны нельзя рассматривать как ламинированный лист. Бентические биопленки сильно трехмерны, с некоторыми башнями и желобами и сложной серией каналов, проходящих через их. Они играют важную роль в качестве преобразователей энергии. А также покрытие поверхностях, биопленки также заполняют промежуточные пространства между минеральными зернами и Таким образом, они являются важным фактором, способствующим локальной устойчивости отложений.

Поверхность пленки

Поверхностная пленка и его характеристики

Почти все водоемы иметь границу раздела воздух-вода, за исключением тех, которые покрыты постоянно льдом или присутствующими в субстрате. Интерфейс сильный, как видно при плавании кеглей по поверхности воды в детских фокусных представлениях. Любое близкое осмотр поверхности водоема в условиях полного штиля показывает, что много пылинок и даже живых организмов на поверхности, видимо не смачивается.

На водной стороне на границе воздух-вода происходит накопление гидрофобных материалов в поверхностных микрослоях [4.8.]. Мы не знаем, как устроены поверхностные микрослои, настолько они сложны исследовать на месте . Возможно наслоение на основе гидрофобности, с липидами и поверхностью и белково-полисахаридным слоем внизу, или все гидрофобные материалы могут быть преобразованы в гелевую матрицу. Мы знаем, что поверхность микрослои очень динамичны. Поступающая солнечная энергия нагревает поверхностную пленку, способствует испарению летучих соединений. Солнечная энергия также вызывает фотолитические изменения в химических веществах, собирающихся под поверхностью, расщепляющих большие молекулы на более мелкие, некоторые из которых лабильны. УФ-излучение также оказывает разрушительное воздействие на живые клетки, и это делает поверхностные микрослои стрессовым местом для живут, несмотря на высокие температуры и обогащение органикой.Метаболизм материал поверхностного микрослоя – бактерии и сообщество консументов, все которых здесь очень много по сравнению с их численностью в основной воде. Чистая поверхность материалов, падающих через поверхность воды, также собирает покрытие из микрослоя органического вещества. Некоторые из них могут остаться прикрепленными и вещество, которое отделяется, выбрасывается обратно в толщу воды и может вернуться вернуться к поверхности воды.

Поверхность раздела воздух-вода, поверхностные микрослои и связанная с ними микробиота называются собирательно поверхностной пленки и играют очень важную роль в метаболизме водных системы.Два основных фактора способствуют их важности: поверхностные пленки покрывают большую часть поверхности планеты и весь солнечный свет, попадающий в водоемы делает это по всей поверхности пленки. Конечно, фильм легко испортить. движения воды, но возвращение штилевых условий позволяет поверхностным микрослоям восстановиться. Динамическая природа поверхностной пленки связана с сложное взаимодействие физических (разрушающих) и химических (гидрофобных) сил.

Насколько важны пузырьки, помогающие круговороту органических веществ?

Каждый пузырь в прибое или белая вода покрыта поверхностной пленкой и, следовательно, гидрофобным веществом. Это это гидрофобное вещество, которое флокулирует в пену, которая остается, когда пузыри лопаются после того, как стихает ветер или прекращаются циркулирующие потоки. Материалы которые способствуют флокуляции, в основном являются биогенными экзополимерами. Происходит флокуляция везде, где возникают пузырьки, поэтому этот процесс не ограничивается поверхностной пленкой, поскольку пузырьки производятся организмами, из отложений и из-за утечки вулканических газы.

Есть доказательства того, что пузырьки являются местами усиленного микробного метаболизма и, следовательно, трансформации органического вещества. Причины сложны, но физико-химические механизмы, такие как как флокуляция и сворачивание гидрофобных молекул на границе газ-вода играют важную роль, как и обогащение гетеротрофов на поверхности пузырей.

 

Агрегация процессы

Везде, где есть контакт между частицами любого размера заряды способствуют притяжению или отталкиванию.Там, где заряды аттрактантны, результатом будет агрегация зарядов. две частицы, чтобы сформировать новую, более крупную частицу. Агрегаты могут иметь очень короткий продолжительность или остаются неизменными в течение длительного времени, но агрегация и дезагрегация органического вещества происходит постоянно. Долголетию способствует сила соединение между компонентами, и это может быть химическое связывание (коагуляция), использование адгезивных мостиков из экзополимера (флокуляция) или смесью оба.Помимо столкновения частиц, вызванного движением воды, агрегаты образуются из оболочек пузырьков после взрыва, когда газ переходит в раствор, или когда пузырек лопается на поверхности, вызывая сжатие материалов покрытия. Агрегации РОВ в частицы также способствуют заметные изменения солености. (как в эстуариях), высокие концентрации двухвалентных катионов (как в богатых кальцием воды) и турбулентностью как на поверхности, так и в толще воды.

Морские, озерные и речной снег

Среди самых впечатляющих агрегаты, наблюдаемые в водных системах, называются «морским снегом» [4. 9., 4.10.]. Флокуляция органических веществ, особенно экзополимеров, приводит к образованию мелких агрегатов. которые создают первоначальный вид подводных снежинок, и в сочетании они образуют более крупные агрегаты. Морские снежные агрегаты могут превышать 20 см в диаметре, и они поддерживают обильное сообщество бактерий, протистов, водоросли и животные.Фактически они представляют собой небольшие островки ярко выраженного биологического активность в толще воды.

Озера и реки также содержат хлопья, которые имеют тот же метод происхождения, что и морской снег. В озерах при низком уровне питательных веществ их относительно легко увидеть. «Снежное озеро» хлопья встречаются в поверхностных водах, а также скапливаются вблизи термоклин стратифицированных озер, где течения и турбулентность приводят к их образования, а изменение плотности воды способствует их удерживанию.В реках, аналогов морского снега («речного снега») скорее всего будет мало в размерах из-за разрушительного эффекта турбулентности, создаваемой текущей водой. Они быстро образуются и распадаются, и их роль в биологии течения воды, возможно, были недооценены этой скоротечностью. Нарушение хлопьев также происходит при отборе проб и фильтрации, поэтому необходимо их изучить на месте .

Агрегаты экзополимера

В некоторых водных средах обитания имеется большое количество экзополимера.Например, кораллы выделяют слизь. как побочный продукт метаболизма их симбиотических клеток водорослей, и это предотвращает сидячие кораллы от засорения осадочными частицами, что также служит в качестве защиты от высыхания, если кораллы окажутся на воздухе. То экзополимер образует пластинки слизи, которые затем распадаются на нити. переносимые приливами и отливами воды над рифом. Слизь начинает адсорбироваться частицы и ВОВ, а струны в конечном итоге распадаются на мелкие агрегаты с другими органическими веществами.

Водоросли тоже цветут производят большое количество экзополимера, который превращается в нити и веревки. которые адсорбируют органические вещества и быстро заселяются бактериями. Эти агрегаты содержат газы, вырабатываемые метаболизирующими бактериями, и это дает плавучесть хлопьев. Иногда хлопья выносятся на поверхность моря и образуют кожа из разлагающегося органического вещества, которое массами выбрасывается на берег. На пляжах используемые публикой эти массы, безусловно, неприглядны.

Фекальные гранулы еще один важный тип заполнителя во всех водных системах. гранулы из многих животные остаются обособленными в течение нескольких дней или недель, особенно когда они крепко связаны вместе. Некоторые животные выделяют пленку вокруг содержимого кишечника и фекальных масс. гранулы завернуты в эту мембрану. У большинства животных нет внешней привязки гранул, и они удерживаются вместе каким-либо другим способом, обычно с помощью экзополимера. У высших животных он может выделяться кишечником, но экзополимер часто попадает внутрь. или выделяется из проглоченных организмов при прохождении через кишечник. Как много задних кишек имеют область, где вещество сжимается перед выделением (для извлечения питательных веществ в растворе), таким образом, существует механизм, вызывающий уплотнение составляющих и дополнительно увеличивает связывание частиц компонентов с экзополимером в Производство фекальных гранул.

 

значение коллоидных частиц

Коллоидное органическое вещество распространен во всех водоемах и составляет 30-50% всех РОУ в морской воде.Многие Эти крошечные частицы состоят из длинноцепочечных тугоплавких полимеров, которые в результате от распада органических веществ или от экссудатов. В средах, где условия для пробоя плохие, некоторые настолько тугоплавки, что могут остаться мало изменился за тысячи лет. Однако они действуют как сайты для адсорбции других органических и неорганических веществ. Их обилие и небольшие размеры приводят в огромной общей площади поверхности для крепления. Таким образом, коллоиды могут продлевать жизнь от секунд до тысяч лет и движение материалов на к их поверхности, вероятно, будет динамичным.По мере адсорбции вещества из тяжелых происходит превращение ионов металлов в лабильные органические молекулы, значение коллоидов в функционировании водных систем только сейчас получает признание.

Коллоиды и полимеры гели

В последнее время агрегация полимеров для формирования частиц получил критическую переоценку. Использование полимера гелевой теории удалось показать, что переход материала из раствор в виде частиц (т.е. > 0,45 мкм в диаметре) проходит через коллоидная фаза, в которой компоненты легко превращаются в полимерные гели. То полученные агрегаты, вероятно, будут более разлагаемыми, чем их компоненты, точно так же, как морские и озерные снежные хлопья представляют собой участки с высокой биологической активностью.

Однако формирование превращение коллоидов в полимерные гели представляет проблему для ученых-водников. В течение фильтрация природной воды, гели разрушаются, а также происходит агрегация в фильтрате, так что значение этих материалов и динамика изменения их формы мало изучены.Это еще одна проблема в использовании фильтров для разграничения фракций органического вещества и отражает проблему в использовании фильтрации для изучения хлопьев, как упоминалось выше.

Экзополимерные частицы (ЭП) и их роль в цементирующих заполнителях

Когда экзополимер экссудируется из организма в различных формах, от фибрилл до слизистых массы. Частицы коллоидного размера получили аббревиатуру КЭП (коллоидный экзополимерные частицы), в то время как хлопьевидные частицы разного размера, образованные агрегация CEP, называются TEP (прозрачные экзополимерные частицы) [4.11.]. Как следует из их названия, последние часто очень тонкие и легко пропускают свет. через них. И CEP, и TEP связывают агрегаты и снова являются частью динамического система образования и распада агрегатов.

 

значение вирусов

Вирусы классифицированы внутри DOM, поскольку они имеют размер от 25 до 300 нм, но мало работы было проведено на вирусы в воде, хотя их роль, вероятно, значительна.Большинство внимание было сосредоточено на вирусных патогенах человека, которые попадают в воду, но организмы также подвергаются атаке местных вирусов. Вирусные болезни водных организмы должны широко встречаться, и некоторые крахи популяций водорослей происходят в результате вирусная инфекция – разновидность альгогриппа. Бактериофаги также могут вызывать драматические снижается количество бактерий.

В виде вирусов и водорослей клетки сосуществовали в течение очень длительного периода времени, устойчивость к инфекциям должно быть эволюционировало.Это обусловлено не только иммунологическими процессами, но и косвенными средствами. Например, экзополимер, выделяемый клетками водорослей, колонизируется бактериями, утилизирующими как экзополимер, так и адсорбированное РОВ, покрывающее Это. При этом они обезвреживают вирусы, заражающие водоросли, поэтому почти симбиотические отношения.

Намного больше нужно узнать о вирусах в воде. Некоторые демографические сбои или изменения в жизнеспособность организмов, может быть результатом вирусных заболеваний и сложных механизмов для предотвращения вирусной атаки, вероятно, будут обнаружены.

 

Флюс частиц в океанах, озерах и реках

Нисходящий поток частицы в океанах и озерах

Как и большинство частицы более плотные, чем вода, они тонут в толще воды. Седиментация происходит во всех водоемах, хотя течения и турбулентность имеют глубокую влияние на характер седиментации, вызывая повторное взвешивание ранее осажденных частиц и предотвращение осаждения других.Как у нас есть видно, на опускание частиц также влияет изменение плотности воды через термоклин.

Запись о ловушках для отложений потока частиц, и они показывают, что существует общее смещение вниз частиц в океанах и озерах. Это компенсируется восходящим движением гидрофобное органическое вещество с низкой плотностью, и этот восходящий поток может составлять более 50% значений, зарегистрированных в нисходящем потоке частиц. Нисходящий поток органического вещества имеет важное значение, так как его конечная судьба — дно океана или озера [4.12.]. Четко, частицы в океанах имеют длинный путь вертикального перемещения и меньший процент материала достигает дна, чем в озерах, причем количество также зависит от местных условий. условия производительности. В океанах длительное время прохождения тонущих частиц допускает последовательность колонизации гетеротрофными организмами, многие из которых адаптированы к барометрическому давлению на глубине, где они наиболее многочисленны. Все эти организмы участвуют в кондиционировании органического вещества, поэтому его состав изменяется во время потока.

Есть несколько механизмов которые уменьшают скорость, с которой мертвые органические частицы погружаются в воду колонке (мы будем рассматривать живые частицы позже) и некоторые, увеличивающие скорость погружения. Скорость погружения зависит от размера при любой заданной плотности. чем крупнее частица, тем больше скорость ее погружения (см. главу 8). Крупные частицы имеют небольшое отношение площади поверхности к объему и, следовательно, имеют большую массу, но относительно низкое сопротивление трению по их поверхности.Мелкие частицы показывают обратное, с малой массой и гораздо более высоким трением по их поверхности. Эти отношения верно для твердых частиц одного и того же материала, но материалы часто различаются по плотности а более плотные частицы имеют более высокое гравитационное притяжение.

Агрегаты часто пористость и поток воды по каналам в пористых частицах создает большие сопротивление трению, так что погружение происходит медленнее. Крупные хлопья, такие как морские и поэтому озерный снег медленно осаждается и служит для поддержания органического вещества. в поверхностных водах в течение более длительного периода времени.Как мы видели, включение пузырьки газа могут поддерживать нейтральную плавучесть или даже заставлять агрегаты плавать к поверхности воды. Тем не менее флокулированный материал является особенностью океанское дно, особенно через некоторое время после поверхностных штормов. Эти хлопья должны образовывать высоко в толще воды, так как они часто содержат водорослевый детрит.

Фекальные гранулы распространенные агрегаты в поверхностных водах океанов и озер, особенно из часто обильного ракообразного зоопланктона [4.13.]. Рацион этих животных варьируется от вида к виду и во времени, но все питаются мелкими живыми или мертвыми частицами. После пищеварения продукты жизнедеятельности и неизмененная пища выводятся из организма в виде уплотненных фекальных шариков, которые оседают животные. Поскольку эти гранулы имеют мембранное покрытие, маловероятно может быть большая диффузия компонентов, но DOM, вероятно, быстро выщелачивается из гранул, так же как и из гранул, произведенных бентосными животными.

Произведенные фекальные гранулы зоопланктоном имеют более низкую питательную ценность, чем продукты, окружающие животных, по крайней мере, до тех пор, пока кондиционирование не позволит заселить гранулы большими числа бактерий. Выщелачивание ВОВ через мембраны, покрывающие гранулы, обеспечивает питательные вещества для прикрепления бактерий, и это привело к тому, что некоторые ракообразные использовали новая стратегия кормления. Эти зоопланктеры срезают мембрану, заселенную бактериями. а фрагменты мембран проглатываются, чтобы дать высококачественную диету, что-то что также приводит к тому, что содержимое гранул становится диффузным и, таким образом, тонет медленнее.Это, вероятно, приведет к дальнейшей колонизации и кондиционированию. и приводит к сохранению питательных веществ в фотической зоне.

Горизонтальный поток частиц в ручьях и реках

Как в океанах и озерах, в ручьях и реках есть поток частиц, но на этот раз он в значительной степени горизонтальный, с вертикальным потоком, возникающим по мере того, как частицы переносятся вниз по потоку. Более прямые вертикальные движения частиц имеют место в реках высокого порядка и они обычно имеют слои, состоящие в основном из мелких осевших частиц.Поскольку реки подвержены эрозии русла и берегов, в них содержится много минеральных частиц. в транспорте на большей части длины рек, и они могут окрашивать воду белый, желтый или красный, в зависимости от нижележащих слоев горных пород. Они могут быть депонированы на пойме после периодов паводка, откладывается на дне или выносится к озеру или морю. Подобные высокие нагрузки минеральных частиц обнаруживаются там, где волновое действие и сток с окружающей суши в озера и океаны.Эти частицы затем тонуть там, где условия подходят для осаждения.

Изменение состава органического вещества рек происходит от истоков низших порядков до крупных, высоких заказ рек. Ручьи и реки в значительной степени зависят от поступления органических материи из-за пределов системы, что неудивительно, поскольку они просачиваются снова и снова почвенные профили. Там, где ручьи низшего порядка истощают лесистые водоразделы, есть большой приток листьев и древесных остатков, поэтому ЦВОВ часто преобладает над органикой. биомасса материи.Сохраняется образованием коряг, пакетов листьев, прикреплением в субстрат и при кормлении животных. Происходит выщелачивание и кондиционирование in situ и большая часть полученного FPOM вместе переносится вниз по течению с некоторыми из CPOM. В реках высокого порядка преобладают органические частицы. FPOM и коллоиды, и будет происходить медленное осаждение на субстрат.

Области смешения

Часто бурный Природа ручьев и рек обеспечивает перемешивание органических веществ через столб воды.Однако скорость течения может быть высокой только на поверхности реки высокого порядка и достаточно медленные, чтобы позволить частицам просачиваться через более глубокая вода. Даже небольшой скорости течения над субстратом достаточно, чтобы некоторые осевшие частицы, которые затем переносятся в виде донных отложений, что является общей чертой рек.

Органическое вещество то, что опускается через термоклин в стратифицированных озерах, подвергается разложению и кондиционирование в гиполимнионе.Только при разрушении термоклина вся толща воды становится смешанной, что приводит к смешению питательных веществ. Это объяснение весеннего цветения планктона, поскольку водоросли хорошо растут на питательных веществах. которые высвобождаются при нарушении летней стратификации осенью предыдущий год. После первоначального цветения количество водорослей уменьшается на кормление зоопланктона, вирусная атака и истощение питательных веществ в том, что теперь эпилимнион вновь стратифицированного озера.

Похожие условия относятся к умеренным океанам, где происходит стратификация, но тропические океаны обычно постоянно стратифицированы, с глубокой фотической зоной. Здесь питательные вещества в дефиците, так как происходит постоянное перемещение материалов через термоклин к глубокой воде, а отсутствие вертикального перемешивания препятствует поступлению питательных веществ в поверхность. Глубокая фотозона обеспечивает идеальные условия для фотосинтеза. но цветения водорослей не происходит, потому что питательные вещества постоянно истощаются.Следовательно, вода остается прозрачной, а термоклин поддерживается на более глубоком уровне. выше, чем в других водах океана.

Есть области с высокий уровень питательных веществ в тропических океанах. Прибрежные регионы имеют органические ресурсы снаружи (например, листья мангровых зарослей) и в воде (например, заросли морских водорослей). Коралловые рифы имеют самоподдерживающуюся циркуляцию питательных веществ, движение мало органического вещества в окружающее море и, таким образом, не теряется термоклин.Там, где глубоководные течения выходят на поверхность в виде апвеллингов, они приносить органически богатую воду и смешивание питательных веществ через толщу воды. Это имеет большое значение в некоторых тропических океанах, где апвеллинги достигают поверхность была прогнута континентальными склонами. Обогащение поверхностные воды обеспечивают высокую продуктивность, поскольку питательные вещества обеспечивают энергетическую основу для водорослей и организмов, которые получают выгоду от роста водорослей.

Осаждение и окаменение

Несколько регионов водные системы могут быть идентифицированы как места седиментации: океан и озеро кровати; реки высокого порядка; илистые отмели, не подверженные интенсивному волновому воздействию; и Т. Д.Отложение также происходит в небольших масштабах: между камнями или за укоренившимися макрофитами, в субстрате реки; в углублениях или трещинах в субстрате берегов; вокруг затонувших кораблей или других обломков.

Частицы, которые становятся осевшие на субстрат часто ресуспендируются. В ручьях и реках, наводнения вызовут смыв материала вниз по течению и изменения в структуре слоя вызывают постоянное перемещение частиц.Над дном океана там часто представляет собой заметную «зону бентосной мутности», где осевшие частицы улавливается постоянными токами, которые происходят здесь, и мы знакомы с движение осевших частиц на берегу. Все можно назвать транспортом в постельная нагрузка, и это постоянное движение характерно для частиц в воде. Однако многие частицы постоянно осаждаются и в конечном итоге сливаются. с образованием минеральных и богатых органикой пластов.Материалы, стойкие разрушаться (например, кости, панцири и экзоскелетный материал) иногда становятся окаменелости, а ткани организмов также сохраняются при неблагоприятных условиях. плохая микробная активность (например, в кислой, гуминовой воде и в некоторых анаэробных отложения). Отложение биогенных минералов в океанах в течение длительных периодов времени привело к образованию слоев мела и известняка, а также обилию и толщине эти породы являются впечатляющим отражением более ранней биологической продуктивности.

 

4.1. http://paleobiology.si.edu/burgess/
4.2. http://www.pmel.noaa.gov/eoi/nemo/education/curr_p1_12.html
4.3. http://ec.europa.eu/research/rtdinfsup/en/world2.htm
4.4. http://life.bio.sunysb.edu/marinebio/shs_38.jpg
4.5. http://www.cellsalive.com/
4.6. http://www.sciencedaily.com/releases/1998/08/980825080732.htm
4.7. http://www.nature.com/nrmicro/journal/v2/n2/fig_tab/nrmicro821_F1.html
4.8. http://en.wikipedia.org/wiki/Sea_surface_microlayer
4.9. http://oceanservice.noaa.gov/facts/marinesnow.html
4.10. http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02alaska/logs/jul15/media/elephspo.html
4.11. http://www.awi.de/en/research/young_investigators/helmholtz_university_young_investigators_groups/future_marine_carbon_cycle/topics/exudation_and_cycling_of_dissolved_organic_matter_dom/
4.12. http://www.oceanlab.abdn.ac.uk/esonet/porcupine.php
4.13. http://www.cnas.missouristate.edu/zooplankton/collage.htm

определение неорганического в The Free Dictionary

Еще один годичный набор цветов, листьев, соловьев, дроздов, зябликов и других эфемерных существ занял свои позиции там, где всего год назад на их месте стояли другие, когда они были не более чем микробами и неорганическими частицами. остывающих неорганических элементов земного шара? В своей широте, пустоте и протяженности он обладал величием неорганической природы, материи, которая никогда не умирает.Но это вопрос неорганической химии, скажете вы. — О, я имею в виду настоящую интерпретативную биологию, с нуля, от лаборатории и пробирки, и оживленное неорганическое вплоть до самых широких эстетических и социологических обобщений. «Можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно исследует во всем мире каждую вариацию, даже малейшую, отбрасывая дурное, сохраняя и добавляя все хорошее, молча и незаметно работая, когда и где представится случай. , при улучшении каждого органического существа по отношению к его органическим и неорганическим условиям жизни.Если мысль могла оказывать влияние на живой организм, то не могла ли мысль оказывать влияние на мертвые и неорганические предметы? его до смерти: и помимо этих связей сообщества, которые сами по себе составляли самую острую часть его страданий, он думал о Хайде, при всей его жизненной энергии, как о чем-то не только адском, но и неорганическом. Это было шокирующим; что ил из ямы, казалось, издавал крики и голоса; что аморфная пыль жестикулировала и грешила; что то, что было мертво и не имело формы, должно было узурпировать функции жизни.Когда я думаю о сладких на вкус лебедях и других искусных белых существах, разгрызенных маленькими зубами этого подрастающего поколения, я с радостью вспоминаю, что определенное количество известняковой пищи считалось полезным для молодых существ, кости которых еще не совсем сформировались; ибо я заметил, что эти деликатесы имеют неорганический вкус, который очень рекомендовал бы их той юной даме, знакомой Зрителя, которая обычно делала свой десерт на черенках курительной трубки. Отсюда сила и острота воздействия на ум природные объекты, как неорганические, так и организованные.Если вспомнить, что известь в виде фосфата или карбоната входит в состав твердых частей, таких как кости и панцири, всех живых животных, интересным физиологическим фактом [6] является обнаружение веществ, более твердых, чем эмаль зубы и цветные поверхности, столь же хорошо отполированные, как и у свежей раковины, преобразованной неорганическими средствами из мертвого органического вещества, — также имитирующие по форме некоторые из низших растительных продуктов.