СО2+2Н2S→СН2О+2S+Н2О
|
Ең ақырында табиғатта судың фотохимиялық ыдырауы немесе фотосинтез жүре бастады.
|
Н2О+ СО2 →СН2О+ О
|
|
Фотосинтез нәтижесінде түзілген оттектің маңызы зор болды. Алғашында оттек тотықсызданған заттар мен минералдарды тотықтыру үшін жұмсалады. Бір кезде оттектің мөлшері оның жұмсалған мөлшерінен артық болып, оттек бірте-бірте атмосфераға жинала басталады. Алғашқы биосфера өзі түзген уландырғыш өнімі –оттектің жаппай тотықтырғыш әсеріне бейімделуге мәжбүр болды. Бейімделуді биосфера биогеохимиялық метаболизмнің жаңа типтерін дамытумен іске асырды, сөйтіп жерде тіршілік өмірдің әр түрі пайда бола бастады. Бірте-бірте атмосфераның қазіргі кездегі құрамы қалыптасты.
|
Дәріс 4.
|
Жер геосферасындағы атмосфера туралы түсінік. Экзосфера, термосфера,стратосфера, тропосфера құрылысы туралы ТҮСІНІКТЕР
|
|
|
Атмосфера массасы жердің массасының 9·10-5% -ын құрайды. 6-суретте атмосфераның құрылысы сызбанұсқа түрінде көрсетілген, оның құрамы 1-кестеде берілген.
|
7-суретте атмосфера құрылысы 10 км дейін берілген, ал 100 км-ден шамамен 1000 км дейінгі құрылыс:
|
|
Экзосфера, 100-1000км,
|
Термосфера (85-100 км),
|
Мезосфера (50-85 км),
|
Стратосфера (10-50 км),
|
Тропосфера (10 км дейін),
|
Ең төменгі қабат атмосфера масасының 90%-ын құрайды, оның биіктігі 16 км дейін, 100 км-ден жоғары қабаттары бүкіл атмосфера массасының миллионнан бір бөлігін ғана құрайды.
|
Құрғақ ауаның орташа молекулалық массасы, 28,27.
|
Атмосфера құрамы биіктікке байланысты едәуір өзгереді. Теңіз деңгейлеріндегі ауаның құрамы өзіне тән өзгеше болады.
|
Атмосфераның жоғарғы қабаттарында тепе-теңдік орнайды. Озон жердің инфрақызыл сәулелерін өткізбей шағылтады, сөйтіп жердің суынуына кедергі жасайды. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында Күннің ультракүлгін сәулелерінің әсерінен оттек молекуласының фотодиссоциациясы болады. О2 – молекуласының О-атомымен соқтығысуы нәтижесінде озон түзіледі.
|
Тепе-теңдік күйге, сонымен қатар Cl –атомдары, NO-молекулалары едәуір әсерін тигізеді, олар озон молекуласының ыдырауында катализатор рөлін атқарады. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында азот оксиді концентрациясының көбеюі стратосферада дыбыстан жылдам (дыбыстан тез) ұшақтардың ұшуымен байланысты.
|
Бұл ұшқыштардың іштен жанатын қозғалғыштарында өте жоғары температурада пайда болуы, сондықтан азот оксиді синтезделіп, ол атмосфераға ұшып таралады.
|
Дыбыстан тез ұщқыштарды қолданудың зиян жақтарын жою-қоршаған ортаны қорғау проблемаларының бірі. Сонымен қатар озон қабатына хлорфторкөміртектері зиян әсерін тигізеді.
|
|
Дәріс 5.
|
Ауаның химиялық құрамы. Атмосфераның фотосинтездің нәтижесі маңызы Атмосфераның химиялық құрамын анықтау
|
Бұл қосылыстардың молекулалары атмосфераның жоғарғы қабаттарында фотолизге ұшырайды. Хлор атомдары NO-молекуласы сияқты, озон ыдырауының катализаторы болып « озон тесіктері» пайда болуына ықпал жасайды. Планетаның «озондық қабатын» сақтау қазіргі заманның ең маңызды проблемалары.
|
Оның үстіне оттек стратосферада фотохимиялық реакцияға түсіп, жерді ультракүлгін сәулелерден қорғайтын озонды түзеді. Бұл озон экраны жоғары организмдердің құрғақ континенттерге қоныстануына ықпал жасайды. Жалпы алғанда, Жер кездейсоқ түрде басқарылатын геохимиялық жүйе емес, ол біртұтас тірі организм.
|
|
|
Дәріс 6.
|
Атмосферадағы химиялық элементтер мен газдардың шамамен алғандағы құрамы.Тропосферадағы құрғақ ауаның химиялық құрамы
|
|
|
|
Кесте 2. Тропосферадағы құрғақ ауаның химиялық құрамы.
|
|
Газ
|
Құрамы, көлемі %
|
Газ
|
Құрамы, көлемі %
|
N2
|
78,09
|
Kr
|
1,0∙10 – 4
|
O2
|
2, 5
|
CH4
|
1,4∙10 – 5
|
Ar
|
0,93
|
H2
|
5,0∙10 – 6
|
CO2
|
0,03
|
Xe
|
8,0∙10 – 5
|
Ne
|
1,8∙10 – 4
|
NOx
|
5,0∙10 – 5
|
He
|
5,24∙10 – 4
|
O3
|
1,0∙10 – 6
|
|
Бұл проблема төңірегінде (кейде Гея теориясы деп атайды) көптеген философиялық пікірталастар Гея теориясы бойынша, биология Жер планетасының тірі организмдердің тұрақтандыруға қабілетін бақылайды, ол үшін атмосфераны, мұхиттарды, құрлықтарды тіршілік өмірдің болуына және дамуына ыңғайлы жасайды. Гея көзқарастарының жақтастары әзірше аз, бірақ бұл идеялар геохимиялық циклдегі организмдердің рөлі туралы пікірлерге стимул жасайды.
|
Атмосфераның жалпы құрамы Жер бетінің барлық жерінде бірдей дерлік, себебі оған атмосфера шеңбері болатын күшті араластырылу әсер етеді. Горизантальді бағыттағы араластырылу Жердің айналуынан болады.
|
Атмосфераның жоғарғы және төменгі шектерінде жағдайлардың өте күшті айырмашылығы бар: төменнен атмофераға Жердің тартылу күші мен жылуы, ал жоғарыдан Күннің сәулеленуі әсер етеді. Бұл әсерлердің нәтижесінде Жер атмосферасының вертикальді құрылымы айтарлықтай күрделі, сондықтан атмосфераны бірнеше концентрлі резервуарларға бөліп қарастырады.
|
Жердің тартылыс күшінің әсерінен ауаның тығыздығы биіктеген сайын тез азаяды. Бұл азаю дәрежелік функциямен сипатталады: биіктіктің әрбір 5850 метрінде қысым (демек, газдың концентрациясы) 2 есе азаяды (8 – суреттегі қисықтардың әрбір иілісі температураның әртүрлі биіктіктегі айырмашылығын көрстеді). Жердің бетіне дейін тек жақын УК, жақын ИҚ және көрінетін жарық қана жетеді, басқа сәулелердің барлығы атмосфера газдарымен жұтылады. Жер бетіне жеткен сәулеленулер оны қыздырады. Жердің беті өз кезегінде, біріншіден, ауаны қыздырады, екіншіден, ИҚ сәулеленуді бөледі, бұл сәулеленуді буландырылған газдар (парниковые газы) жұтып, атмосфераны қосымша қыздырады.
|
Қызған ауа конвекциялық ағынмен жоғары көтеріледі. Көтерілетін газдың температурасы нөлден басқаша болғандықтан ол (бірінші кезекте ондағы буландырылған газдар) ИҚ сәулеленуді шығарады. Бұл сәулелену буландырылған газдармен жұтылып қайтадан шығарылатындықтан атмосфераның жоғарғы (сиретілген) қабаттарында жұтылу аз, сондықтан атмосфера биіктік өскен сайын суынады, 20 км биіктікте ауаның орташа температурасы -600С–ге дейін төмендейді.
|
Жоғарғы қабатта ауаның сиректілігі сонша, оған орта және қатқыл ультракүлгіндер өтіп, озонның фотохимиялық түзілуі мен ыдырау реакциясын тудырады. О3 және О2–нің атомарлы оттектен түзілген кезде энергия бөлінеді, сондықтан 20 км–ден жоғары атмосфераның температурасы қайтадан өсе бастайды (шын мәнінде, осы реакциялардың нәтижесінде электрмагниттік сәулелену жылу энергиясына айналады. Температураның бірінші минимумының облысы тропопауза деп аталады, ол атмосфераның төменгі бөлігін (тропосфера) жоғарғы бөлігінен (стратосфера) бөліп тұрады.
|
Тропопауза конвекциялық ағындардың өтуіне кедергі жасайтын тосқауыл сияқты. Тропосфералық газдар стратосфераға тек диффузия арқылы өтеді, сондықтан тропосфераға түскен ластаушы заттар стратосфераға тез өте алмайды (10 жылдан кейін өтеді).
|
Стратосферадан стратопаузаға дейін биіктеген сайын температурада өседі. Стратопаузадан жоғарыда ауаның сиректілігі сонша, ол тіпті қатқыл ультракүлгін сәулелерді өзінен өткізеді, сондықтан Күн сәулесін жұтудан онда қызу болмайды. Одан да жоғары, 80 км биіктікте газдар вакуумды улбтракүлгінмен және рентген сәулелерімен әрекеттеседі, соның әсерінен газдардың молекуласынан электрондар бөлініп, молекулалары бұзылады. Соның салдарынан осы облыстан жоғары биіктікте (мезопауза) бос эектрондардың жоғары концентрациясы (105 эл/см3) және сонымен бірге экзотикалық бөлшектер О2+, О+, Н5О2+ т.с.с. болады.
|
Иондардың концентрациясы көп болатындықтан атмосфераның мезопаузадан жоғары қабатын ионосфера деп атайды. Ионосфераның температурасы биіктеген сайын өседі. Бұның себебі иондар мен электрондардың бөлінуімен жүреді. Атмосфераның ең жоғары қабаттарына кинетикалық энергиялары жоғары бөлшектер ғана жете алады.
|
Су булары да маңызды газдар, бірақ олардың мөлшері күшті құбылып, өзгеріп отырады. Атмосферада судың концентрациясы температураға тәуелді.
|
Көміртек диоксидінің концентрациясы көптеген басқа инертті (әрекеттеспейтін) микрокомпонентті газдармен салыстырғанда аз. Су және СО2-ге (аз дәрежеде) қарағанда,көптеген газдардың атмосферадағы концентрациясы тұрақты. Бұдан интернетті газдардың маңызы жоқ деп айтуға болмайды, бірақ атмосфераны зерттейтін химиктердің назарын әдетте реакцияға қабілетті газдар аударады.
|
3-кесте ластанбаған ауаның жалпы құрамы берілген. Кестеде фон (орта) ретінде болатын компоненттер берілген, ол орталарда атмосфералық химиялық реакциялар жүреді.
|
|
Дәріс 7
|
Атмосфераның заманауи химиялық компоненттері Атмосфераға химиялық элементтердің табиғи түсу жолдары (газ түрінде).
|
|
Атмосферадағы микрокомпонентті газдарды қарастырайық. Реакцияға қабілетті онша емес метан газын алайык. Оның атмосферадағы мөлшері 1,7 ррт жуық.
|
Метан оттекпен төмендегідей әрекеттеседі:
|
|
СН4+2О2→СО2 + 2Н2О
|
|
Реакция тепе-теңдік күйде деп есептеп тепе-теңдік константасының теңдеуін жазайык.
|
|
Теңдеуді қысым арқылы жазсақ:
|
|
|
Тепе-теңдік константасы шамамен 10140-не тең. Константасының бұл үлкен мәні реакцияның тепе-теңдігі оң жаққа күшті ығысқанын көрсетеді, демек атмосферада СН4 –тің концентрациясы өте төмен. Бұдан атмосферадағы газдардың тепе-теңдікте болуы міндетті еместігін көрсетеміз. Бұл атмосфераның тұрақсыздығын көрсетпейді, тек оның химиялық тепе-теңдікпен сипатталмайтынын білдіреді.
|
Көптеген микрокомпонентті газдар атмосферада тұрақты күйде болады. Бұл күй газдың атмосфераға түсіп және одан шығуының арасындағы теңдікті (баланс) көрсетеді.
|
Атмосфера үшін газдың көзі мен олардың атмосферадан кетуінің арасында баланстың болуы өье қажет. Бұл жағдай төмендегі теңдеумен жиі сипатталады:
|
Ғкіріс = Ғ шығыс = А/τ
|
|
Мұнда Ғкіріс және Ғ шығыс - атмосфераға келген және одан кеткен газдың ағыны, А-атмосферадағы газдың жалпы мөлшері; τ-газдың атмосферада болған уақыты.
|
Тепе-теңдік жағдайында кіріс шығысқа тең болуы керек. Бұл кезде жүйені тұрақты деп есептейді. Метанның атмосфераға келуінің жылдамдығы 500 Т · жыл-1 (яғни 500·109 кг Т · жыл-1 ). СН4–тің атмосферадағы құрамы 1,7 ррж.Атмосфераның жалпы жалпы массасы 5,2·1018 кг. Егер метан мен атмосфераның молекулалық массаларының аздаған айырмашылығын (яғни, 16/29) ескерсек, онда СН4–тің атмосферадағы жалпы массасы 4,8·1012 кг. тең. Бұл мәндерді теңдеуге қойсақ, метанның атмосферада болған уақыты τ=9,75 жыл болатынын көреміз. Бұл уақыт метанның атмосферадағы орташа өмірін береді (егер атмосфера жақсы араластырылған болса).
|
|
Атмосфераның қазіргі кездегі химиялық компоненттері.
|
|
Азот (N2) және оның қосылыстары
|
Азоттың молекуласында берік үш байланыс болатындықтан оның реакцияға қабілеті аз. Салмағы ауыр,суда ермейтін және химиялық инертті болғандықтан бұл газдар атмосферадан кетпейді деуге болады. Инертті газдардан кейін азоттың атмосферада болу уақытын ең үлкен -106 жылға тең.
|
Азоттың биохимиялық рөлі екі жақты,
|
біріншіден, радиацияға қабілетті өте күшті оттекті сұйылтады-әдетте өсімдіктердің бәрі жанып кеткен болар еді.
|
Екіншіден, оның химиялық реакцияға түсетін мөлшері барлық биосфераны қосылыстарымен қамтамасыз етуге жеткілікті.
|
Азоттың молекуласында берік үш байланыс болатындықтан оның реакцияға қабілеті аз.
|
Салмағы ауыр,суда ермейтін және химиялық инертті болғандықтан бұл газдар атмосферадан кетпейді деуге болады. Инертті газдардан кейін азоттың атмосферада болу уақытын ең үлкен -106 жылға тең.
|
Азоттың биохимиялық рөлі екі жақты, біріншіден, радиацияға қабілетті өте күшті оттекті сұйылтады-әдетте өсімдіктердің бәрі жанып кеткен болар еді.Екіншіден, оның химиялық реакцияға түсетін мөлшері барлық биосфераны қосылыстарымен қамтамасыз етуге жеткілікті.
|
Азот реакцияға не нитрофикациялайтын (оны аммоний тұздарына дейін тотықсыздандыратын) бактериялардың әсерінен, не өте жоғары температурада (азот (II) оксидіне дейін тотықтыратын) түседі.
|
Атмосферада мұндай температура найзағай жарқылында, техносферада-іштен жанатын қозғалтқыштардың карбюраторында (Отто жүйесі) және реактивтерді қозғалтқыштарда түзіледі.
|
Түзілген NO ауадағы оттекпен тез тотығып NO2–ні береді, NO2 оттек қатысында бұлттардағы тамшы суымен әрекеттеседі. Бұл реакцияны жазсақ;
|
|
4 NO2+2 Н2О+О2= 4Н NO3
|
|
Шынын айтқанда, бұл реакция едәуір күрделі өтеді (NO2-нің ауадағы) концентрациясы күшті найзағайдың өзінде өте аз және оның төрт молекуласының кездесу ықтималдығы да аз. Азот оксидтерінің реакцияға түсу қабілеттілігі жоғары болғандықтан олардың атмосферада болу уақыты небәрі 4 тәулік қана.
|
Азот қышқылы жаңбырдың әсерінен атмосферадан жуылып жерге түседі, топырақта болатын негіздермен бейтараптанады, сөйтіп түзілген нитраттар өсімдіктерге сіңеді.
|
|
Оттек ( )
|
Оттек барлық органикалық заттарды тотықтыратындықтан тірі организмдерге өте қажет. Жүретін тотығу реакциясы организмдер үшін энергия көзі болып табылады. Организмдер оттексіз де энергия алатын процестер де болады (мысалы, аноэробты демалу), бірақ олардан алынатын энергия аздау.
|
Егер оттек молекуласын молекулалық орбитальдар әдісімен сипаттайтын болсақ, оттек молекуласының бос аңдатушы ( разрыхляющий) орбиталында екі жұпталмаған электрондар болады, демек, оттек молекуласын бирадикал деп қарастырады:
|
О. – – О.
|
Сондықтан оттек молекуласының реакцияға қабілеттігі өте күшті. Мәселен, газ фазасында оттек көміртек = көміртек қос байланысымен бәсең байланысып, ақырында оларды үзеді:
|
Скачать 55.92 Kb.
