РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 544

Амангулыев М.Б.

Старший преподаватель, канд. хим. наук Кафедра «Неорганической и аналитической химии», Туркменский государственный университет имени Махтумкули

Туркменистан, Ашхабад

Байсахедова О. Г.

Преподаватель, Кафедра «Неорганической и аналитической химии», Туркменский государственный университет имени Махтумкули

Туркменистан, Ашхабад

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ

Аннотация: В статье рассматривается гуминовые вещества и элементный состав гуминовых кислот различных объектов, а также реакционная способность этих веществ.

Ключевые слова: Гуминовые кислоты, вещества, структура, функциональные группы, реакционная способность, константа, растворимость.

Известно, что гумусовые кислоты представляют собой наиболее реакционноспособную часть обширного класса природных соединений, объединяемых под названием гуминовые вещества. В зависимости от растворимости в кислотах и щелочах гуминовые вещества подразделяют на три основные составляющие:

1) гумин неизвлекаемый остаток, нерастворимый ни в щелочах, ни в кислотах,

2) гуминовые кислоты - фракция гуминовых веществ растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах,

3) фульвокислоты-фракция гуминовых веществ растворимая и в щелочах и в кислотах.

Под термином «гуминовые кислоты» понимают сумму гуминовых и фульвокислот. Относительно элементного состава, известно, что макроэлементами образующими молекулы гуминовых кислот являются углерод, водород и кислород. Кроме того гуминовые кислоты содержат азот и серу (табл.1).

Таблица 1.

Элементный состав гуминовых кислот

Объекты Пределы колебания элементного состава, в %

C H N S

Почва 27-44 40-50 2-4 1,5-3,5

Торф 50-63 5-7 1-4 1,4-1,8

Бурые угли 55-71 4-5 0,5-2,5 1,6-1,8

Из табл.1 видно, что элементный состав гуминовых кислот различных объектов довольно сильно отличаются друг от друга, наибольшей органической массой обладают гуминовые кислоты бурых углей, а наименьшей почвенные гуминовые кислоты. В соответствии с графостатическим методом соединения с атомным отношением И/^2 свойственны алканам, 1,5-2,0 циклоалканам, 1,0 и ниже ароматическим углеводородам. Следовательно, согласно утверждениям авторов [1] гуминовые кислоты почв по своему строению близки к алканам, а бурых углей к ароматическим углеводородам.

Интенсивное исследование гуминовых кислот методами ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии позволило существенно расширить информацию о фрагментном составе гуминовых кислот.

На основании данных о фрагментном составе структуры гуминовых кислот можно представить в виде различного рода блок-схем [2]. Согласно наиболее общим представлениям, макромолекул гуминовых кислот состоят из «каркасной» (негидролизуемой) и периферической (гидролизуемой) части.

Каркасная часть представлена высокозамещенными ароматическими фрагментами, соединенными алькильными, эфирными и др. мостиками. Преобладающими заместителями являются кислородосодержающие функциональные группы: карбоксильные, фенольные, спиртовые гидроксильные, кето-енольные, карбонильные и метоксильные [3]. Периферийная область представлена углеводно-протеиновым комплексом, ковалентносвязанных с каркасной частью макромолекул. Так, по некоторым данным до 30% от массы гуминовых кислот представляют углеводные фрагменты. Кроме того в периферийную часть входят зольные элементы связанные с органической матрицей кислородными мостиками [3].

Однако, описание структуры гуминовых кислот с помощью блок-схем не дает представление о количественном соотношении структурных фрагментов, которые являются важной характеристикой структуры гуминовых кислот.

В настоящее время в гуминовых кислотах обнаружено более десяти различных типов кислород-азот и серусодержащих функциональных групп: карбоксильные, фенольные, спиртовые гидроксильные, карбонильные, хинонные, метоксильные, сложноэфирные, енольные, амино-, амидо- и имидогруппы сульфо-тиольные и дисульфидные группы.

Таким образом, гуминовые кислоты характеризуется наличием разнообразных функциональных групп, большинства из которых способны связывать ионы металлов в комплексы в широком интервале рН (4-10) среды.

Многие функциональные группы гуминовых кислот являются ионогенными.

В сочетании с полимерной природой гуминовых кислот последний факт приводит к тому, что гуминовые кислоты, особенно в нейтральной и щелочной среде являются полиэлектролитами. Из этого следует ряд специфических особенностей гуминовых кислот, такие как зависимость эффективного радиуса молекул от рН и ионной силы раствора, зависимость комплексообразующих свойств гуминовых кислот от степени ее ионизации увеличение протон- и металлосвязывающих способностей гуминовых кислот по сравнению с соответствующими мономерами за счет энтропийных факторов.

Ряд авторов отмечают влияние экстрагентов и их концентрации на состав и строение выделяемых кислот даже из одного и того же объекта. При этом они указывают, что по сравнению с другими экстрагентами более эффективными являются раствор едкого натра, приводящей к выделению наиболее чистых (т.е. наиболее полно освобожденных от зольных элементов) препаратов гуминовых кислот.

Одной из основных величин характеризирующих химическую активность гуминовых кислот является величина атомного соотношения «кислород:углерод». Она зависит от степени окисленности соединений и увеличивается по мере возрастания кислородосодержащих функциональных группировок в составе макромолекул гуминовых кислот.

Однако, соотношение «кислород:углерод» очень незначительно варьируется в зависимости от генезиса гумусовых веществ и практически не дает возможности вскрывать специфические особенности изучаемых соединений. Предложен способ оценки степени окисленности гумусовых веществ, позволяющих учитывать основные компоненты элементов, т.е. содержание углерода, кислорода и водорода. Некоторы авторы утверждают, что гуминовые кислоты всех основных объектов является окисленными. Например, степень окисленности почвенных гуминовых кислот 0,70,

торфяные 1,60, бурых углей 1,85, что характеризует их как окисленные соединения.

Одной из важнейших свойств гуминовых кислот является их реакционная способность, определяемая константой ионизации функциональных групп. Наличие в макромолекуле гуминовых веществ нескольких ионогенных групп создает у них своеобразные электрические конфигурационные и гидродинамические свойства. На этом основании гуминовые кислоты, относят к полиэлектролитам.

В соответствии с правилом Флори реакционная способность отдельных функциональных групп гуминовых кислот не должна зависит от размеров макромолекулы. Несмотря на это нельзя сделать вывод об одинаковой реакционной способности всех однотипных групп в макромолекуле, так как пространственное расположение и влияние соседних групп имеет существенное значение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кревел Ван. "Графостатический метод изучения структуры и процессов образования угля." // В. Сб. Химия твердого топлива T.II ИЛ, 1951.

2. Орлов Д.С. Свойства и функции гуминовых веществ. В сб.: Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука, с.16-27. 1993

3. Лиштван И.И., Янута Ю.Г., Абрамец А.М., Стригуцкий В.П., Навоша Ю.Ю. Гуминовые препараты бурого угля, торфа и методы их деминерализации. //"Химия твердого топлива" №3, с.12-18. 2013.

Amanguliyev M.

Senior lecturer, Department of Inorganic and analytical chemistry, Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat

Baysahedova O.

Lecturer, Department of inorganic and analytical chemistry, Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat

REACTIVITY OF HUMIC ACIDS Abstract: The article discusses humic substances and the elemental composition of humic acids of various objects, as well as the reactivity of these substances.

Key words: Humic acids, substances, structure, functional groups, reactivity, constant, solubility..