- •Химия окружающей среды
- •Химия окружающей среды
- •Оглавление
- •Введение
- •I. Химия атмосферы
- •Лабораторная работа № 1
- •Определение содержания азота и кислорода в атмосферном воздухе
- •Методом газовой хроматографии
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 2 Определение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе и в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы:
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 3 Определение концентрации аммиака в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •II. Химия гидросферы Лабораторная работа № 4 Определение рН, кислотности и щелочности воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 5 Определение сухого и прокаленного остатков и жесткости воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 6 Определение содержания анионов в поверхностных водах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 7 Определение окисляемости природных вод
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •III. Химия литосферы Лабораторная работа № 8 Катионообменная способность почв
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 9 Определение содержания в почве подвижного алюминия
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа№ 10 Определение содержания гумусовых веществ в почве
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 11 Определение нитрифицирующей способности почвы
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоподготовки
- •IV. Миграции элементов и соединений в биосфере
- •Лабораторная работа № 13
- •Исследование процессов фотосинтеза и влияния токсичных
- •Соединений на фотосинтезирующую деятельность водорослей
- •Последовательные стадии фотосинтеза
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вариант 2 Исследования фотосинтезирующей деятельности земных водорослей и влияние токсичных соединений на фотосинтез водорослей
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 14 Определение содержания нитратов в растительных объектах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Основные величины и единицы измерения ионизирующего излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 16 Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений – биоиндикационный признак неблагоприятных условий среды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Результаты анализа
- •Вопросы для самоподготовки
- •Критерии оценки загрязненности поверхностных вод
- •Характеристика индикаторов
- •Важнейшие индикаторы
- •Распределение нитратов в растениях, мг/кг сырой массы
- •Величины хпк, бпк5 и рН в водоемах с различной степенью загрязненности
- •Накопление радионуклидов в биологических объектах
- •Основные термины и определения
- •Библиографический список
- •Химия окружающей среды
- •280201 – Охрана окружающей среды и рациональное
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова, 46
Порядок выполнения работы
Помещают 100 г почвы в коническую колбу, приливают 200 мл дистиллированной воды, колбу закрывают пробкой и встряхивают 3 мин. Затем раствор фильтруют через складчатый фильтр.
В коническую колбу вносят 100 мл фильтрата, добавляют несколько капель серной кислоты, регулируя значение рН по универсальной индикаторной бумаге, приливают 1 мл 10%-ного раствора KI, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 М растворKMnO4до появления желтой окраски. Избыток йода оттитровывают растворомNa2S2O3, прибавляя к концу титрования несколько капель (до появления синего окрашивания) 1%-ного раствора крахмала.
Разность между объемами прилитого 0,01 М раствора KMnO4и раствораNa2S2O3, израсходованного на титрование соответствует количеству 0,01 М раствора йода, израсходованного на окислениеH2Sв 100 мл фильтрата. 1 мл 0,001 М раствора йода соответствует 0,17 мгH2S.
Одновременно с анализом почвы определяют ее влажность для пересчета результата на абсолютно сухую почву. Влажность почвы W, % определяют по формуле
,
где m1− масса влажной почвы со стаканчиком, г;m0− масса абсолютно сухой почвы со стаканчиком, г;m− масса стаканчика, г.
Концентрацию нефтепродуктов в почве С, мг/кг определяют исходя из формулы
С = ,
где М − количество исследуемого веществ, найденное в пробе, мг; m− масса исследуемой почвы, г; к − коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву.
Пример расчета: разность между объемами 0,01 М раствора KMnO4и раствораNa2S2O3, израсходованного на титрование, равна 3 мл. Следовательно содержаниеH2Sв 100 мл фильтрата составляет 0,17 ∙ 3 = 0,51 мг. В 200 мл фильтрата, т.е. в 100 г почвы содержится 0,51 ∙ 2 = 1,02 мгH2S. Отсюда концентрация С в почвеH2S составляет:
С = 1000 ∙ = 10,2 мг/кг
Вопросы для самоподготовки
1. Строение литосферы. Структура земной коры.
2. Минералы и горные породы.
3. Почва. Минералогический и механический состав почв.
4. Органические вещества почвы. Гумус.
5. Особенности состава и строения гумусовых веществ.
6. Взаимодействие гумусовых веществ с минеральными компонентами почвы.
7. Основные концепции гумусообразования.
8. Почвенные коллоиды. Общая схема строения коллоидной частицы.
9. Минеральные, органические и органо-минеральные коллоиды.
10. Виды поглотительной способности почв.
11. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК).
12. Понятие об ионообменных свойствах почв, реакции ионного обмена.
13. Основные закономерности сорбционных процессов в почвах.
14. Виды кислотности почв, причины кислотности.
15. Щелочность почв. Буферные свойства почв.
16. Микроэлементы и химическое загрязнение почв.
17. Нитрифицирующая способность почв и причины ее нарушения.
18. Загрязнение почв нефтепродуктами.
IV. Миграции элементов и соединений в биосфере
Лабораторная работа № 13
Исследование процессов фотосинтеза и влияния токсичных
Соединений на фотосинтезирующую деятельность водорослей
Фотосинтез является основным процессом превращения солнечной энергии в энергию химических связей, процессом накопления биомассы и продуцирования кислорода. Фотосинтез идет при наличии в растениях хлорофила α.
Первый ряд реакций – это световые реакции, в которых участвуют фотосинтетические пигменты и молекулы, образующие цепь переноса электронов, которые встроены в фотосинтетические мембраны хлоропласта. Хлорофилл улавливает кванты света и под их воздействием испускает электроны с высокой энергией. Пигмент хлорофилл обладает особым свойством: когда он поглощает единицу световой энергии, один из его электронов приобретает «скорость убегания» и отрывается от его молекулы. Этот электрон передается от одного переносчика к другому по электронно-транспортной цепи. Электрон соединяется с другим электроном, также передающимся по цепи, и с ионом водорода (Н +) из воды, находящейся в строме (в любом количестве воды некоторое число ее молекул диссоциировано на ионы Н+ и ОН-). Оба электрона и ион водорода присоединяются к молекуле переносчика водорода. Таким переносчиком водорода служит НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), который при этом переходит в свою восстановленную форму – НАДФ·Н:
2 е- + Н+ + НАДФ+ свет НАДФ·Н
Электроны Переносчик Переносчик с присоединенным
водорода водородом
Этот процесс протекает на наружной поверхности фотосинтетических мембран иНАДФ·Н переходит в строму. Электроны, которые утратила молекула хлорофилла, замещаются путем разложения (фотолиза) воды и разделения ее водородных атомов на электроны и ионы Н+:
2 Н2О 4 е- + 4 Н+ + О2
вода электроны кислород
Разложение воды происходит внутри тилакоидов. Электроны передаются по электроннотранспортной цепи молекулам хлорофилла, утратившим свои электроны. Ионы Н+ остаются внутри тилакоида и пополняют Н+-резервуар, который служит затем источником энергии для синтеза АТФ. Проходя по каналам, имеющимся в мембране, ионы Н+ попадают на наружную поверхность мембраны, где АТФаза синтезирует АТФ из АДФ и Фн. Отсюда синтезированный АТФ переходит в строму.
Кислород, образующийся при разложении воды, представляет собой побочный продукт фотосинтеза. Он может использоваться растением для дыхания или может диффундировать из растения наружу, в атмосферу.
Второй ряд реакций – это темновые реакции фиксации углерода в форме углеводов. Вещества НАДФ·Н и АТФ участвуют в процессах связывания СО2, превращаясь в окисленные формы, т.е. отдают энергию своих связей на дальнейшее вовлечение СО2 в процесс синтеза органических соединений. На первом этапе двуокись углерода присоединяется к предшествующей органической молекуле – пятиуглеродному сахару. Образующаяся при этом шестиуглеродная структура нестабильна и сразу же расщепляется на две идентичные трехуглеродные молекулы.
К
С5 + СО2 + 2АТФ + 2НАДФ·Н 2 С3 + 2 АДФ + 2ФН + 2 НАДФ+
На определенном этапе судьба трехуглеродных молекул может оказаться различной. Одни из них соединяются друг с другом и образуют шестиуглеродные сахара, например молекулы глюкозы, которые в свою очередь могут соединяться, образуя сахарозу, крахмал, целлюлозу и другие вещества. Другие трехуглеродные соединения используются для синтеза аминокислот, что связано с присоединением азотсодержащих групп. Наконец, третьи вовлекаются в длинный ряд реакций, основной результат которых сводится к превращению пяти трехуглеродных молекул в три молекулы исходного пятиуглеродного сахара. Этот пятиуглеродный сахар может снова присоединять двуокись углерода.
Некоторые из образующихся в цикле соединения используются для синтеза вещества клеток, а часть идет на регенерацию акцептора СО2.
Последовательные стадии процесса фотосинтеза представлены в табл. 2 (во многих случаях конечные продукты одно реакции служат исходными веществами для другой и наоборот).
Таблица 2