Слайд 1Круговорот азота в экосистеме Земли
Слайд 2Краткая характеристика элемента
Азот — элемент 5-й группы (по устаревшей классификации —
главной подгруппы пятой группы) второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Относится к пниктогенам (подгруппа азота). Обозначается символом N (лат. Nitrogenium).
Слайд 3Краткая характеристика элемента
Простое вещество азот — двухатомный газ без цвета, вкуса
и запаха. Один из самых распространённых элементов на Земле.
Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), разделением которого получают промышленный азот (более ¾ идёт на синтез аммиака).
Азот — один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.
Слайд 4История открытия
В 1772 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно
пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом.
Слайд 5История открытия
Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что
это новое простое вещество (химический элемент). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.
Слайд 6История открытия
Джозеф Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых
также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты.
Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота.
Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом проводил и Карл Шееле.
Слайд 7История открытия
В 1772 году азот (под названием «испорченного воздуха») как простое
вещество описал шотландский химик Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота.
Слайд 8Распространённость
Азот — один из самых распространённых элементов на Земле. Вне пределов
Земли азот обнаружен в газовых туманностях, солнечной атмосфере, на Уране, Нептуне, межзвёздном пространстве и др. Атмосферы спутников Титан, Тритон и карликовой планеты Плутон тоже в основном состоят из азота. Азот — четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).
Слайд 9Распространенность
Азот в форме двухатомных молекул N2 составляет большую часть атмосферы Земли,
где его содержание составляет 75,6 % (по массе).
Содержание азота в земной коре, по данным разных авторов, составляет (0,7—1,5)·1015 т (причём в гумусе — порядка 6·1010 т), а в мантии Земли — 1,3·1016 т.
Масса растворённого в гидросфере азота, учитывая, что одновременно происходят процессы растворения азота атмосферы в воде и выделения его в атмосферу, составляет около 2·1013 т
Слайд 10Круговорот азота
Круговорот азота в природе осуществляется при помощи микроорганизмов, из которых
одни производят разложение органических азотсодержащих веществ до минеральных азотистых соединений, легко усвояемых растениями; другие, так называемые азотфиксирующие, напротив, извлекают свободный азот из воздуха и синтезируют из него органические соединения.
Слайд 11В круговороте азота можно выделить следующие основные биохимические процессы:
1) Гниение,
или аммонификация;
2) Нитрификация;
3) Денитрификация;
4) Фиксация атмосферного азота.
Слайд 12Аммонификация
а. Гниение, или аммонификация, - это превращение органического азота в минеральный азот,
разложение сложного белка до аммиака.
Слайд 13Proteus vulgaris (Протейная палочка)
Васillus Mycoides (микоидная палочка)
Вас. putrificus
Кишечная
палочка
Слайд 14Из аэробных бактерий сюда относятся: спороносные - Bас. mycoides, Вас. mesentericus
(картофельная палочка), Вас. subtilis (сенная палочка) и др.; неспороносные - Bact. prodigiosum (чудесная палочка), имеющая красный пигмент, Bact. fluorescens, выделяющая зеленоватый пигмент, и др.
Слайд 15б. Разложение мочевины. Человек и животные выделяют с мочой большое количество связанного
азота в виде мочевины - диамида угольной кислоты CO(NH2)2.
Попадая в почву, мочевина подвергается разложению особыми уробактериями, имеющими фермент уреазу. Мочевина превращается ими в нестойкую углеаммиачную соль, разлагающуюся до аммиака и углекислоты.
Слайд 16Нитрификация
Конечные продукты разложения белка и других азотных веществ - аммиачные соли
- уже сами по себе могут усваиваться растениями. Однако наиболее легко усвояемыми для растений являются соли азотной кислоты. Процесс окисления солей аммиака в соли азотной кислоты называется нитрификацией (nitrum - селитра).
Микробиолог С. Н. Виноградский
Слайд 17Виноградский показал, что процесс нитрификации проходит в две фазы. В первой
фазе аммиачные соли окисляются в соли азотистой кислоты - нитриты: 2NH3+3О2→2HNО2+2H2О+158 ккал.
Во второй фазе образовавшиеся соли азотистой кислоты окисляются в соли азотной кислоты - нитраты: 2HNО2+О2=2HN03+48 ккал.
Слайд 18А - Nitrosomonas; Б – Nitrobacter
Первая фаза вызывается бактериями, называемыми нитрозными,
которые разделяются на несколько видов и разновидностей (Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosocistis и др.). Вторая фаза вызывается нитратными бактериями (Nitrobacter).
Слайд 19Денитрификация
Кроме процесса нитрификации в природе могут возникать и противоположные процессы разложения
азотнокислых солей вплоть до образования газообразного азота, уходящего обратно в атмосферу. Такие процессы восстановления нитратов с образованием как конечного продукта молекулярного азота называются денитрификацией.
Слайд 20Эту так называемую прямую денитрификацию вызывают Bact denitrificans, Bact. fluorescens, синегнойная
палочка, палочка Штуцера, Thiobac. denitrificans и др.
Слайд 21Фиксация атмосферного азота
Огромные запасы газообразного азота совершенно недоступны для высших растений
и животных. Вовлечение его в биогенный круговорот совершается двумя путями. В первом случае азот превращается в двуокись азота NO2 под влиянием электрических разрядов, происходящих во время гроз, или в результате фотохимического окисления. Двуокись азота растворяется в воде, в почве и окисляется дальше. Этим путем за год 1 м2 поверхности получает 30 мг NO3.
Слайд 22Второй путь вовлечения азота в круговорот осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами. Эти микробы
разделяются на две группы: 1) клубеньковые бактерии, фиксирующие азот в симбиозе с бобовыми растениями, и 2) свободноживущие бактерии.
Слайд 23Впервые это было установлено М. С. Ворониным в 1865 г. В
1886 г. Г. Гельригель и Т. Вильфарт нашли, что бобовые растения не могут сами фиксировать азот из воздуха. Они фиксируют азот только в симбиозе с живыми бактериями клубеньков.
Слайд 24В 1888 г. М. Бейеринк, крупный голландский микробиолог, выделил эти бактерии
в чистой культуре и назвал их Bact. radicicola. В настоящее время род этих бактерий чаще называют Rhisobium.
Слайд 25С. Н. Виноградский (1893) открыл свободноживущую азотфиксирующую бактерию: в честь Пастера
он назвал ее Clostridium Pasteurianum.
Слайд 26В 1901 г. М. Бейеринк выделил другой азотфиксатор, названный азотобактером.
Azotobacter chroococcum
Слайд 27Азот атмосферы усваивают также некоторые синезеленые водоросли (Nostoc muscorum), отдельные виды
актиномицетов, грибы из рода Phoma (Cladosporium) и некоторые почвенные бактерии, микобактерии.