Круговорот серы. Потоки и резервуары серы.

Сера, которая встречается на суше, представляет собой смесь изотопов с массами: 32, 33, 34 и 36 в пропорциях (%):

95.02, 0.75, 4.21, и 0.02

Валентность серы меняется от (-2) в сульфидах до (+6) в сульфатах.Наиболее часто встречаемые соединения: сульфаты, сульфиды, полисульфиды и элементарная сера.

Глобальный биогеохимический цикл серы – целый комплекс химических и биохимических реакций, в которых сера участвует в различных формах с разными физико-химическими свойствами и агрегатными состояниями. Газообразные формы серы:

H₂S (сероводород), SO₂ (двуокись серы), SO₃ (триокись серы). Серосодержащие газы образуются как в природе, так и в промышленном производстве. Все серосодержащие газы хорошо растворимы в воде и образуют растворы с ярко выраженными кислотными свойствами. В атмосфере H₂S быстро окисляется до SO₂ который очень реакционен и вступает в реакции окисления, гидратации.

SO₂ + 2H₂S 3S + 2H₂O

2SO₂ + O₂ 2SO₃

SO₃ хорошо растворим в воде с образованием H₂SO₄, которая ведет себя очень агрессивно, способствуя выветриванию минералов и коррозии металлов. Большинство сульфатов широко распространено в природе: CaSO₄ – ангидрит; CaSO₄×H₂O – гипс.

Окисленная сера выводится из цикла преимущественно в кальциевых соединениях. Отложения ангидрита и гипса – самые громадные резервуары серы. Сульфиды образуются из водных растворов H₂S. Большинство сульфидов металлов (за исключением щелочных и щелочеземельных) очень плохо растворимы в воде. Серосодержащие соединения с металлами меняются в зависимости от окислительно-восстановительных условий:

анаэробные аэробные

сульфиды сульфаты

Окисленные формы, сульфаты металлов, более растворимы и могут вымываться, а сульфиды – плохо растворимы, иммобилизуют металлы. Реакции соединений серы при низких температурах очень сложны, и еще более сложны в условиях их микробиологического протекания. Из всех сульфидов наибольшее распространение имеет сульфид железа – FeS₂ или пирит, широко встречаемый в природе. Наряду с элементарной серой пирит используется для производства серной кислоты. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕАКЦИИ. В силикатных расплавах сера может присутствовать как сульфид, так и сульфат. Базальтовые расплавы при 1200^оС в зависимости от парциального давления О₂ могут давать сульфаты и сульфиды:

S₂ (газ) + 2МеО (расплав) 2МеS + О₂

В условиях быстрого охлаждения (при подводных извержениях вулканов), изверженный материал быстро кристаллизуется и сера изолируется в виде сульфидных инклюзий. При медленном остывании, бÓльшая часть серы теряется в газообразных формах.

FeS + H₂O FeO + H₂S

FeS + FeSiO₃ + H₂O Fe₂SiO₄ + H₂S

FeS + FeSiO₃ + 3H₂О Fe₂SiO₄ + SO₂ +3H₂

SO₂ + 2CO 2CO₂ + S

H₂S + 2H₂O SO₂ + 3H₂

ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ

S-СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Сера входит в состав многих аминокислот и является одним из главных биофильных элементов. Подавляющее большинство растений и микроорганизмов используют реакцию восстановления при ассимиляции сульфатов, сера которых затем включается в серосодержащие аминокислоты: цистин, цистеин и метионин. Другая группа живых организмов (животные и некоторые микроорганизмы) утилизируют серу только в виде серосодержащих аминокислот для своего метаболизма и роста. Некоторые микроорганизмы не ограничиваются только использованием серы из сульфатов, а могут использовать из сульфи т овисульфи д ов. После отмирания биомассы, она минерализуется с высвобождением либо сульфатов (аэробное разложение) либо сульфидов (анаэробное). В определенных условиях в процессе разложения органических

S-содержащих продуктов могут образовываться другие летучие S-содержащие продукты: метилмеркаптан (CH₃SH) и диметилсульфид (CH₃SCH₃). Эти соединения могут продуцироваться многими бактериями, дрожжами на среде, содержащей метионин и другие S-содержащие органические соединения.

ОКИСЛЕНИЕ S-СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ МИКРООРГАНИЗМАМИ

S₂O₃^2- + 2O₂ + H₂O ® 2SO₄^2- + 2H⁺ + 211 кал

Осуществляется хемотрофными серными микроорганизмами. Род Thiobacillus способствует переводу пирита в сульфаты и сульфиты и тем самым делает растворимыми металлы. Группа анаэробных бактерий, которые окисляют восстановленную серу, являются фототрофными организмами и работают в присутствии света:

2СО₂ + H₂S + 2H₂O ® 2CH₂O + SO₄^2- + 2H⁺

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЕРЫ МИКРООРГАНИЗМАМИ. Диссимиляторная сульфатредукция: 2CH₃¾CHOH¾COOH+H₂SO₄®2CH₃¾COOH+2H₂O+H₂S

РЕЗЕРВУАРЫ И ПОТОКИ СЕРЫ

Дата добавления: 2015-10-31