hümik madde - Humic substance

Hümik maddeler , toprağın , turbanın ve kömürün ana organik fraksiyonu olan humusun önemli bileşenleri olan organik bileşiklerdir (ve ayrıca birçok yüksek akarsu , distrofik göl ve okyanus suyunun bir bileşenidir ). 19. ve 20. yüzyıllarda uzun dönem için, humik maddeler, çoğu zaman bir mercekten görünen edildi asit-baz teorisi tarif hümik asitlerin olarak, organik asitler , ve bunların konjuge bazlar , humates önemli bileşenler olarak organik madde . Bu bakış açısıyla hümik asitler, kuvvetli baz ekstraktı asitleştirildiğinde pıhtılaşan (küçük katı parçalar oluşturan) topraktan ekstrakte edilen organik maddeler olarak tanımlanırken , fulvik asitler kuvvetli baz ekstraktı asitleştirildiğinde çözünür kalan (çözünmüş halde kalan) organik asitlerdir. asitlendirilmiş.

Tek başına hümik madde, toprak organik maddesinden veya çözünmüş organik maddeden kimyasal bir ekstraksiyonun sonucudur ve toprakta veya suda dağılmış hümik molekülleri temsil eder. Yeni bir anlayış, hümik maddeleri yüksek moleküler ağırlıklı makropolimerler olarak değil, supramoleküler birliklerde otomatik olarak bir araya getirilen ve biyolojik kökenli çeşitli bileşiklerden oluşan ve abiyotik ve biyotik reaksiyonlarla sentezlenen toprak organik maddesinin heterojen ve nispeten küçük moleküler bileşenleri olarak görür. Toprakta. Hümik maddeye topraktaki biyoaktivitesini ve bitki büyümesini hızlandırıcı rolünü veren, toprak humeomunun büyük moleküler karmaşıklığıdır.

Oluşum ve açıklamanın geleneksel görünümü

Doğada hümik maddelerin oluşumu, humus kimyasının en az anlaşılan yönlerinden ve en merak uyandıran yönlerinden biridir. Bunu açıklamak için üç ana teori vardır: Waksman'ın (1932) lignin teorisi , polifenol teorisi ve Maillard'ın (1911) şeker-amin yoğunlaşma teorisi . Bu teoriler, toprak araştırmalarındaki gözlemleri açıklamak için yetersizdir. Hümik maddeler, lignin ve odun kömürü gibi ölü bitki maddelerinin mikrobiyal bozunmasıyla oluşur . Laboratuvardaki hümik maddeler daha fazla biyolojik bozunmaya karşı çok dirençlidir. Belirli bir örneğin kesin özellikleri ve yapısı, su veya toprak kaynağına ve özel ekstraksiyon koşullarına bağlıdır. Bununla birlikte, farklı kaynaklardan laboratuvarda üretilen hümik maddelerin ortalama özellikleri oldukça benzerdir.

Toprak ve tortulardaki hümik maddeler üç ana fraksiyona ayrılabilir: hümik asitler, fulvik asitler ve humin . Varlıkları ve göreceli bollukları, orijinal formlarını tanınmayacak şekilde değiştiren bir süreç olan laboratuvar ekstraksiyonu ile belirlenir. Hümik ve fulvik asitler, topraktan ve diğer katı faz kaynaklarından, kuvvetli bir bazik sulu sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit çözeltisine kolloidal bir sol olarak ekstrakte edilir . Hidroklorik asit ile pH 1'e ayarlanarak bu çözeltiden hümik asitler çökeltilir ve fulvik asitler çözelti içinde bırakılır. Bu, hümik ve fulvik asitler arasındaki operasyonel ayrımdır. Humin seyreltik alkalide çözünmez. Hümik fraksiyonun alkolde çözünen kısmı genel olarak ulmik asit olarak adlandırılır . "Gri hümik asitler" (GHA) olarak adlandırılanlar, düşük iyonik güçte alkali ortamlarda çözünürler; "kahverengi hümik asitler" (BHA), iyonik kuvvetten bağımsız olarak alkali koşullarda çözünür; ve fulvik asitler (FA), pH ve iyonik kuvvetten bağımsız olarak çözünür.

Doğada humus, dokuların ölü organizmalardan biyolojik olarak parçalanmasıyla üretilir ve bu nedenle kabaca organik madde ile eş anlamlıdır ; ikisi arasındaki ayrımlar genellikle kesin ve tutarlı bir şekilde yapılmaz.

Geleneksel olarak laboratuvarda üretilen hümik asit tek bir asit değildir ; daha ziyade, karboksil ve fenolat grupları içeren birçok farklı asidin karmaşık bir karışımıdır, böylece karışım fonksiyonel olarak bir dibazik asit veya bazen bir tribazik asit gibi davranır . Toprağı değiştirmek için kullanılan hümik asit, aynı yerleşik prosedürler kullanılarak üretilir. Hümik asitler , çevrede yaygın olarak bulunan iyonlarla hümik kolloidler oluşturan kompleksler oluşturabilir . Hümik asitler asit pH'da suda çözünmezken, fulvik asitler de hümik maddelerden türetilir ancak tüm pH aralığında suda çözünür. Hümik ve fulvik asitler, tarımda yaygın olarak toprak takviyesi olarak ve daha az yaygın olarak insan besin takviyesi olarak kullanılır. Bir besin takviyesi olarak, fulvik asit, mineral kolloidlerin bir bileşeni olarak sıvı halde bulunabilir. Fulvik asitler poli-elektrolitlerdir ve membranlardan kolayca difüze olan benzersiz kolloidlerdir , oysa diğer tüm kolloidler yoktur.

Daha homojen hümik fraksiyonları izole etmek ve moleküler yapılarını gelişmiş spektroskopik ve kromatografik yöntemlerle belirlemek için Humeomik adı verilen sıralı bir kimyasal fraksiyonasyon kullanılabilir. Hümik ekstraktlarda ve doğrudan toprakta tanımlanan maddeler arasında mono-, di- ve tri- hidroksi asitler , yağ asitleri , dikarboksilik asitler , lineer alkoller, fenolik asitler , terpenoidler , karbonhidratlar ve amino asitler bulunur.

eleştiri

Ölü bitki materyallerinin bozunma ürünleri, minerallerle yakın ilişkiler oluşturarak toprak organik bileşenlerinin izole edilmesini ve karakterize edilmesini zorlaştırır. 18. yüzyıl toprak kimyacıları, topraktaki organik bileşenlerin bir kısmını izole etmek için alkali ekstraksiyonu başarıyla kullandılar. Bu, bir 'humifikasyon' sürecinin 'hümik maddeler' yarattığı teorisine yol açtı; en yaygın olarak 'humik asit', 'fulvik asit' ve 'humin'. Ancak bu hümik maddeler toprakta gözlenmemiştir. 'Nemlendirme' teorisi kanıtlarla desteklenmese de, "temeldeki teori, mevcut ders kitapları da dahil olmak üzere çağdaş literatürde varlığını sürdürmektedir." 'Hümik maddeleri' geçerli terimlerle yeniden tanımlama girişimleri, "bilimsel olarak doğru toprak süreçleri ve özelliklerini iletme yeteneğimizin ötesinde geniş kapsamlı çıkarımlarla" uyumsuz tanımların çoğalmasına neden oldu.

Doğadaki hümik maddelerin kimyasal özellikleri

Modern kimyanın başlangıcından beri hümik maddeler, doğal malzemeler arasında en çok çalışılanlar arasındadır. Uzun çalışmalara rağmen, moleküler yapıları ve kimyasalları belirsizliğini koruyor. Geleneksel görüş, hümik maddelerin kil ile değişen ilişkilerde heteropolikondensatlar olduğu yönündedir. Daha yeni bir görüş, nispeten küçük moleküllerin de bir rol oynadığıdır. Hümik maddeler katyon değişim kapasitesinin % 50-90'ını oluşturur . Kil gibi, kömür ve kolloidal humus da katyon besinlerini tutar. {{ yapım aşamasında }}

Geleneksel olarak üretilen hümik maddelerin kimyasal özellikleri

Kinon , fenol , katekol ve şeker kısımları dahil olmak üzere çeşitli bileşenlere sahip tipik bir hümik asit örneği

Tipik bir hümik madde, bazıları birbirine bağlı fenolik ve karboksilik sübstitüentlerle aromatik çekirdeklerin bir motifine dayanan birçok molekülün bir karışımıdır ; çizim tipik bir yapıyı göstermektedir. Hümik maddelerin yüzey yüküne ve reaktivitesine en çok katkıda bulunan fonksiyonel gruplar fenolik ve karboksilik gruplardır. Hümik asitler, a, dibazik asitlerin karışımları gibi davranır pKa 1 için yaklaşık 4 değerine protonasyon karboksil grupları ve yaklaşık 8 fenolat gruplarının protonasyonu için. Bireysel hümik asitler arasında dikkate değer bir genel benzerlik vardır. Bu nedenle, belirli bir numune için ölçülen pK değerleri, kurucu türlerle ilgili ortalama değerlerdir. Diğer önemli özellik ise yük yoğunluğudur . Moleküller, van der Waals kuvveti , π-π ve CH-π bağları gibi kovalent olmayan kuvvetler tarafından bir arada tutulan bir supramoleküler yapı oluşturabilir .

Karboksilat ve fenolat gruplarının varlığı hümik asitlere Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ ve Fe 3+ gibi iyonlarla kompleks oluşturma yeteneği verir . Birçok hümik asit, şelat komplekslerinin oluşumunu sağlayacak şekilde düzenlenmiş bu gruplardan iki veya daha fazlasına sahiptir . (Kelat) komplekslerinin oluşumu , metal iyonlarının biyoyararlanımını düzenlemede hümik asitlerin biyolojik rolünün önemli bir yönüdür .

Su numunelerinde hümik asit tayini

İçilebilir veya endüstriyel kullanım amaçlı suda hümik asit bulunması, bu suyun arıtılabilirliği ve kimyasal dezenfeksiyon işlemlerinin başarısı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir . Örneğin hümik ve fulvik asitler, klorlama işleminde kullanılan kimyasallarla reaksiyona girerek dihaloasetonitriller gibi insanlar için toksik olan dezenfeksiyon yan ürünleri oluşturabilir. Bu nedenle, özellikle ılıman iklimlerde yayla turba havzalarından gelen su kaynaklarının korunmasında hümik asit konsantrasyonlarının doğru bir şekilde belirlenmesi esastır .

Çok çeşitli fiziksel birlikteliklerde çok sayıda farklı biyo-organik moleküller doğal ortamlarda birbirine karıştığından, hümik üstyapıdaki kesin konsantrasyonlarını ölçmek zahmetlidir. Bu nedenle, hümik asit konsantrasyonları geleneksel olarak organik madde konsantrasyonlarından (tipik olarak toplam organik karbon (TOC) veya çözünmüş organik karbon (DOC) konsantrasyonlarından) tahmin edilir .

Ekstraksiyon prosedürleri, toprak hümik maddelerinde (esas olarak kütinler ve süberler gibi biyopolyesterlerdeki ester bağları) bulunan bazı kimyasal bağları değiştirmeye bağlıdır. Hümik ekstraktlar, henüz tamamen ayrılmamış ve tanımlanmamış çok sayıda farklı biyo-organik molekülden oluşur. Bununla birlikte, artık biyomoleküllerin tek sınıfları, seçici ekstraksiyonlar ve kimyasal fraksiyonlama ile tanımlanmıştır ve alkanoik ve hidroksi alkanoik asitler, reçineler, mumlar, lignin kalıntıları, şekerler ve peptitler ile temsil edilir.

Ekolojik etkiler

Organik madde toprak değişikliklerinin, çiftçiler tarafından, kaydedilen tarihten daha uzun süredir bitki büyümesine faydalı olduğu bilinmektedir. Bununla birlikte, organik maddenin kimyası ve işlevi, insanlar 18. yüzyılda bu konuda varsayımlarda bulunmaya başladığından beri bir tartışma konusu olmuştur. Liebig zamanına kadar humusun doğrudan bitkiler tarafından kullanıldığı sanılıyordu, ancak Liebig bitki büyümesinin inorganik bileşiklere bağlı olduğunu gösterdikten sonra, birçok toprak bilimcisi organik maddenin doğurganlık için yararlı olduğu görüşündeydi. kurucu besin elementlerinin inorganik formlara salınması . Şu anda, toprak bilimciler daha bütünsel bir görüşe sahipler ve en azından humusun toprağın su tutma kapasitesi üzerindeki etkisiyle toprak verimliliğini etkilediğini kabul ediyorlar . Ayrıca, bitkilerin sistemik insektisitlerin karmaşık organik moleküllerini emdiği ve yer değiştirdiği gösterildiğinden, bitkilerin çözünür humus biçimlerini emebileceği fikrini artık itibarsızlaştıramazlar; bu aslında, aksi halde çözünmeyen demir oksitlerin alınması için önemli bir süreç olabilir.

Ohio Eyalet Üniversitesi'nde humik asidin bitki büyümesi üzerindeki etkileri üzerine bir araştırma yürütüldü ve kısmen "hümik asitlerin bitki büyümesini arttırdığını" ve "düşük uygulama oranlarında nispeten büyük tepkiler olduğunu" söyledi.

North Carolina Eyalet Üniversitesi Ziraat ve Yaşam Bilimleri Koleji'ndeki bilim adamları tarafından 1998'de yapılan bir araştırma, toprağa humat eklenmesinin, sürünen bükülmüş çimde kök kütlesini önemli ölçüde arttırdığını gösterdi.

Alberta Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından 2018 yılında yapılan bir araştırma, hümik asitlerin laboratuvar deneylerinde prion enfektivitesini azaltabileceğini , ancak bu etkinin, etkiyi tamponlayan topraktaki mineraller nedeniyle çevrede belirsiz olabileceğini gösterdi.

teknolojik uygulamalar

Hümik asitlerin ağır metal bağlama yetenekleri, ağır metalleri atık sudan uzaklaştırmak için iyileştirme teknolojileri geliştirmek için kullanılmıştır. Bu amaçla Yurishcheva ve ark. hümik asitlerle kaplanmış manyetik nanopartiküller. Kurşun iyonlarını yakaladıktan sonra, nanoparçacıklar bir mıknatıs kullanılarak yakalanabilir.

Antik duvarcılık

Arkeoloji , eski Mısır'ın saman ve hümik asitlerle güçlendirilmiş kerpiçler kullandığını bulur .

ekonomik jeoloji

Ekonomik jeolojide, humat terimi, yıpranmış kömür yatakları, çamurtaşı veya kumtaşlarındaki gözenek malzemesi gibi hümik asitler açısından zengin jeolojik malzemeleri ifade eder . Humat, 1970'lerden beri toprak düzenleyici olarak kullanılmak üzere New Mexico'daki Fruitland Formasyonundan çıkarılmıştır ve 2016 yılına kadar yaklaşık 60.000 mt üretilmiştir. Humat yatakları ayrıca uranyum cevheri kütlelerinin oluşumunda önemli bir rol oynayabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

daha fazla okuma

  • Hessen, DO; Tranvik, LJ (Editörler) (1998). Sudaki hümik maddeler: ekoloji ve biyojeokimya . Berlin: Springer. ISBN'si 978-3-540-63910-7.CS1 bakımı: ekstra metin: yazar listesi ( bağlantı )
  • Sillanpää, M. (Ed.) Sudaki Doğal Organik Madde, Karakterizasyon ve Arıtma Yöntemleri ISBN  9780128015032