Решение. 1. Значение данного процесса для биосферы.

1. Значение данного процесса для биосферы.

Фосфор – очень важный элемент для всего живого. Элемент жизни на Земле, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтез белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и др. Фосфор входит в состав скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки. По сравнению с азотом, фосфор относительно редкий элемент, напри-мер, отношение Р: N в природных водах составляет примерно 1: 23.

2. Движущая сила круговорота.

Как и для других процессов в биосфере это солнечная энергия.

3. Описываем основные переходы в круговороте фосфора. Про-цесс представлен на рис. 3. П 2.

Происходит фотосинтез растениями и их переход по трофической цепи к животным. Остатки растений и животных за счет фосфатредуцирующих бактерий переводят в растворенные фосфаты, и частично в осадки. Туда же попадают экскреции, костные остатки не только животных, но и птиц, в том числе морских. Осадки глубоководные выходят из круговорота («тупик»), мелководные – опять в него вовлекаются в виде морских птиц и рыб. Растворенные фосфаты используются в построении протоплазмы – выход к растениям.

4. Объясняем механизм физико-химических или биохимических превращений.

Энергетической основой миграции фосфора в цикле является фотосинтез. Фосфор играет важную роль в этом процессе, при протекании которого с участием зеленого вещества – хлорофилла образуется аденозиндифосфат (АДФ):

ОН ОН

| |

R― O― P― O― P― OH,

|| ||

O O

где R – радикал аденозина С₁₀Н₁₂N₅О₃.

В живой клетке образуется энергоноситель – аденозинтрифос-фат (АТФ):

Переход аденозиндифосфата (АДФ) в аденозинтрифосфат (АТФ) отражает уравнение:

АДФ + Н₃РО₄ + Е АТФ + Н₂О.

Синтез идет с утратой части энергии АТФ:

АТФ + Н₂О + СО₂ → АДФ + сахар + О₂.

Образование природных залежей фосфоритов происходит в результате разложения на дне океана отмерших морских организмов:

3(NH₄)₂CO₃ + Ca₃(PO₄)₂ = 3CaCO₃ + 2(NH₄)₃PO₄.

Фосфат аммония, реагируя с известковыми раковинами и скелетными частями детрита, образует фосфорит:

2(NH₄)₃PO₄ + 3CaCO₃ = Ca₃(PO₄)₂ + 3(NH₄)₂CO₃.

детрит

5. Антропогенный фактор. Значительная роль как в концентрировании, так и в рассеивании содержащих фосфор веществ принадлежит человеку, который воздействует на самые различные стадии круговорота фосфора, начиная от реакции его получения:

3Са₃(РО₄)₂ + 6SiО₂ + 10С = Р₄ + 6СаSiО₃ + 10СО

и процессов горения

10NO + 4P = 5N₂ + 2P₂O₅.

Важное соединение фосфониевого ряда, используемое для пропитки огнезащитных тканей, получается по реакции:

РН₃ + 4НСНО = НСl (гидр.) → [P(CH₂OH)₄] + Cl .

Производные трифенилфосфина применяют в синтезе олефинов по реакции Виттинга:

[(C₆H₅)₃PCH₃] Br (C₆H₅)₃P=CH₂;

Цвиттерионные соединения

Оксид трифенилфосфина

Другой важный компонент антропогенного воздействия на круговорот фосфора – производство и применение удобрений. Рассмотрим процессы при производстве простого суперфосфата:

2Са₅F(PO₄)₃ + 7H₂SO₄ + 6, 5H₂O → 3[Ca(H₂PO₄)₂∙ H₂O] +

+ 7[CaSO₄∙ 0, 5H₂O] + 2HF;

H = –227, 4 кДж.

Реакция идет в две стадии. В первой стадии 70 % апатита реагирует с серной кислотой:

Са₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 2, 5H₂O → 5[CaSO₄∙ 0, 5H₂O] +

+ 3Н₃РО₄ + НF.

Во второй стадии реагируют оставшиеся 30 %:

Са₅F(PO₄)₃ + 7Н₃РО₄ + 5Н₂О → 5[Ca(H₂PO₄)₂∙ H₂O] + HF.

Прогрессивным методом в переработке фосфатного сырья является азотнокислое разложение:

Са₅F(PO₄)₃ + 10HNO₃ → 3H₃PO₄ + 5Ca(NO₃)₂ + HF.

Полученную азотнокислотную вытяжку обрабатывают аммиаком, сульфатом или хлоридом калия и получают тройное NРК-удобрение – нитроаммофоску.

В машино- и приборостроении широко применяются процессы полу-чения приработочного слоя за счет фосфатирования, химического и электролитического восстановления сплавов фосфора с кобальтом, обладающих ценными магнитными свойствами.

6. Задачи перед человеком, связанные с круговоротом фосфора.

В целом, за счет антропогенного фактора континентальный цикл фосфора во многом нарушен, большей частью из-за вырубки лесов, использования удобрений, морских промыслов. Особо опасно нефтяное загрязнение вод мирового океана, которое уменьшает его биологическую продуктивность и снижает уровень гидробиохимического круговорота фосфора. Природные фосфаты имеют ограниченные запасы, которые могут истощиться при современном темпе вывода их из естественного круговорота фосфора за 75–100 лет. Это с учетом огромного значения фосфора для жизнедеятельности живого вещества, требует бережного к ним отношения. Как заметил образно Э. Диви мл. «… фосфор слишком драгоценен, чтобы отдавать его на съедение сине-зеленым водорослям». Важная проблема, стоящая перед человеком, – корректировка ресурсного цикла с тем, чтобы поддерживать естественный круговорот фосфора.

Пример 6.2. Рассчитайте долю данных по вопросу: «Техногенные факторы» в общем круговороте азота в биосфере (табл. П.3-11), дайте характеристику их роли в этом процессе.