Некоторые углеводы используются, наряду с азотом, фосфором и другими элементами, для образования других мономерных молекул жизни. К ним относятся основания и сахара для РНК и ДНК, а также аминокислоты для белков.
Живые существа, которые не осуществляют фотосинтез, вынуждены полагаться на потребление других живых существ в качестве источника молекул углерода. Их пищеварительная система расщепляет углеводы на мономеры, которые они могут использовать для построения собственных клеточных структур. Дыхание обеспечивает энергию, необходимую для этих реакций. При дыхании кислород присоединяется к углеводам, снова образуя углекислый газ и воду. Энергия, выделяющаяся в ходе этой реакции, становится доступной для клеток.
Углерод содержится на солнце и других звездах, образовался из обломков предыдущей сверхновой. Он образуется в результате ядерного синтеза в более крупных звездах.
Он присутствует в атмосферах многих планет, обычно в виде углекислого газа. На Земле концентрация углекислого газа в атмосфере в настоящее время составляет 390 частей на миллион и продолжает расти.
Графит встречается в природе во многих местах. Алмаз встречается в виде микроскопических кристаллов в некоторых метеоритах. Природные алмазы содержатся в минерале кимберлите, источники которого находятся в России, Ботсване, ДР Конго, Канаде и Южной Африке.
В сочетании углерод содержится во всех живых организмах. Он также содержится в окаменелых останках в виде углеводородов (природный газ, сырая нефть, горючие сланцы, уголь) и карбонатов (мел, известняк, доломит).
Углерод встречается в природе в виде антрацита (разновидности угля), графита и алмаза. Исторически более доступными были сажа или древесный уголь. В конечном итоге эти различные материалы были признаны формами одного и того же элемента. Неудивительно, что алмаз представлял наибольшую трудность для идентификации. Натуралист Джузеппе Аверан и медик Сиприано Тарджиони из Флоренции были первыми, кто обнаружил, что алмазы могут разрушаться при нагревании. В 1694 году они сфокусировали солнечный свет на алмазе с помощью большого увеличительного стекла, и драгоценный камень в конечном итоге исчез. Пьер-Жозеф Макер и Годфруа де Виллетанез повторили эксперимент в 1771 году. Затем, в 1796 году, английский химик Смитсон Теннант наконец доказал, что алмаз это всего лишь форма углерода, показав, что при горении образуется только CO2.
Описание элемента азот
Газ без цвета и запаха. Азот важен для химической промышленности. Он используется для производства удобрений, азотной кислоты, нейлона, красителей и взрывчатых веществ. Для получения этих продуктов азот сначала должен вступить в реакцию с водородом с образованием аммиака. Это делается с помощью процесса Хабера. Ежегодно таким способом производится 150 миллионов тонн аммиака.
Газообразный азот также используется для создания атмосферы, не вызывающей реакции. Таким образом, он используется для консервирования пищевых продуктов и в электронной промышленности при производстве транзисторов и диодов. При отжиге нержавеющей стали и другой продукции сталелитейных заводов используется большое количество азота. Отжиг это термическая обработка, которая облегчает обработку стали.
Жидкий азот часто используется в качестве хладагента. Он используется для хранения спермы, яйцеклеток и других клеток для медицинских исследований и репродуктивных технологий. Он также используется для быстрого замораживания пищевых продуктов, помогая им сохранить влажность, цвет, вкус и текстуру.
Азот естественным образом циркулирует в живых организмах в рамках «азотного цикла». Он усваивается зелеными растениями и водорослями в виде нитратов и используется для образования оснований, необходимых для построения ДНК, РНК и всех аминокислот. Аминокислоты являются строительными блоками белков.
Животные получают азот, потребляя другие живые организмы. Они переваривают белки и ДНК до составляющих их оснований и аминокислот, преобразуя их для собственного использования.
Микробы в почве преобразуют соединения азота обратно в нитраты, которые растения используют повторно. Запасы нитратов также пополняются азотфиксирующими бактериями, которые «фиксируют» азот непосредственно из атмосферы.
Урожайность сельскохозяйственных культур можно значительно повысить, добавляя в почву химические удобрения, изготовленные из аммиака. При небрежном использовании удобрение может вымываться из почвы в реки и озера, вызывая быстрый рост водорослей. Это может блокировать свет, препятствуя фотосинтезу. Растворенный кислород вскоре израсходуется, и река или озеро погибнет.
Азот составляет 78% воздуха по объему. Его получают путем перегонки жидкого воздуха. Ежегодно извлекается около 45 миллионов тонн. Он содержится в виде соединений во всех живых организмах, а следовательно, также в угле и других видах ископаемого топлива.
Азот в форме хлорида аммония, NH4Cl, был известен алхимикам как солевой аммиак. Его изготовили в Египте путем нагревания смеси навоза, соли и мочи. Сам газообразный азот был получен в 1760-х годах Генри Кавендишем и Джозефом Пристли, и они сделали это путем удаления кислорода из воздуха. Они заметили, что он гасит зажженную свечу и что мышь, вдохнувшая его, вскоре умрет. Ни один из мужчин не пришел к выводу, что это элемент. Первым, кто предположил это, был молодой студент Дэниел Резерфорд в своей докторской диссертации, написанной в сентябре 1772 года в Эдинбурге, Шотландия.
Описание элемента кислород
Газ без цвета и запаха. Наибольшее коммерческое применение газообразный кислород находит в сталелитейной промышленности. Большие количества также используются в производстве широкого спектра химических веществ, включая азотную кислоту и перекись водорода. Он также используется для получения эпоксиэтана (окиси этилена), используемого в качестве антифриза, и для получения полиэфира, а также хлорэтена, предшественника ПВХ.
Газообразный кислород используется для кислородно-ацетиленовой сварки и резки металлов. Все большее применение находит для очистки сточных вод и промышленных стоков.
Кислород впервые появился в атмосфере Земли около 2 миллиардов лет назад, накапливаясь в результате фотосинтеза сине-зеленых водорослей. Фотосинтез использует энергию солнца для расщепления воды на кислород и водород. Кислород попадает в атмосферу, а водород соединяется с углекислым газом для производства биомассы.
Когда живым существам требуется энергия, они используют кислород для дыхания. Кислород возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.
Газообразный кислород хорошо растворим в воде, что делает возможной аэробную жизнь в реках, озерах и океанах.
Кислород составляет 21% атмосферы по объему. Это на полпути между 17% (ниже которого дыхание для людей с непривычкой к климату становится затрудненным) и 25% (выше которого многие органические соединения легко воспламеняются). Этот элемент и его соединения составляют 49,2% по массе земной коры и около двух третей человеческого тела.
Для получения газообразного кислорода используются два ключевых метода. Первый путем перегонки жидкого воздуха. Второй пропускание чистого, сухого воздуха через цеолит, который поглощает азот и оставляет кислород. Более новый метод, позволяющий получать кислород более высокой чистоты, заключается в пропускании воздуха через частично проницаемую керамическую мембрану.