HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 5

CÁC HỢP CHẤT DINH DƯỠNG VÔ CƠ VÀ CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG TRONG BIỂNTheo cách gọi, các chất dinh dưỡng là các chất và hợp chất hoá học cần thiết cho sự sống. Với quan niệm đó, trong tự nhiên nói chung và trong nước biển nói riêng có rất nhiều chất và hợp chất vô cơ được gọi là "dinh dưỡng" như P, N, Si, Ca, K, S, Fe... Tuy nhiên, trong mọi trường hợp các hợp chất vô cơ của Phốtpho, Nitơ, Silic luôn giữ vai trò trọng yếu, tương tự như vai trò của...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 5 C h ươ ng 5 CÁC HỢP CHẤT DINH DƯỠNG VÔ CƠ VÀ CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG TRONG BIỂN T heo cách g ọ i, các ch ấ t dinh d ưỡ ng là các ch ấ t và h ợ p ch ấ t hoá h ọ cc ầ n thi ế t cho s ự s ố ng. V ớ i quan ni ệ m đ ó, trong t ự n hiên nói chung vàtrong n ướ c bi ể n nói riêng có r ấ t nhi ề u ch ấ t và h ợ p ch ấ t vô c ơ đ ượ c g ọ i làdinh d ưỡ ng nh ư P , N, Si, Ca, K, S, Fe... Tuy nhiên, trong m ọ i tr ườ ngh ợ p các h ợ p ch ấ t vô c ơ c ủ a Ph ố tpho, Nit ơ , Silic luôn gi ữ v ai trò tr ọ ngy ế u, t ươ ng t ự n h ư v ai trò c ủ a lân, đ ạ m trong đ ấ t đ ố i v ớ i cây tr ồ ng. Đ ặ ctính quan tr ọ ng này đ ượ c quy đ ị nh b ở i 2 nguyên nhân: m ộ t là, cácnguyên t ố P , N, Si là nh ữ ng đ ơ n v ị c ơ b ả n c ủ a c ấ u trúc t ế b ào nên thi ế unó thì không có s ự s ố ng; hai là, s ự t ồ n t ạ i trong n ướ c bi ể n v ớ i n ồ ng đ ộn h ỏ b é đ ã làm cho các nguyên t ố n ày tr ở t hành các đ i ề u ki ệ n gi ớ i h ạ nc ủ a các quá trình sinh h ọ c (c ụ t h ể l à quá trình quang h ợ p). Chính vì v ậ y,n ồ ng đ ộ v à ch ế đ ộ c ủ a các nguyên t ố d inh d ưỡ ng trong bi ể n luôn luôn cóliên quan ch ặ t ch ẽ v ớ i các quá trình sinh hoá h ọ c x ả y ra trong môitr ườ ng n ướ c bi ể n. 5.1 CÁC H Ợ P CH Ấ T DINH D ƯỠ NG PH Ố TPHO VÔ C Ơ 5 .1.1 D ạ ng t ồ n t ạ i các h ợ p ch ấ t Ph ố tpho trong n ướ c bi ể n T rong n ướ c bi ể n, Ph ố tpho không t ồ n t ạ i ở d ạ ng nguyên t ử đ ộ c l ậ pmà có m ặ t trong thành ph ầ n c ủ a nhi ề u h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ ( k ể c ả c h ấ t s ố ng)và vô c ơ , d ướ i d ạ ng l ơ l ử ng hay hoà tan. N ế u không k ể đ ế n Ph ố tphotrong t ế b ào c ủ a các c ơ t h ể s ố ng thì trong n ướ c bi ể n Ph ố tpho có 4 d ạ ngt ồ n t ạ i là Ph ố tpho h ữ u c ơ l ơ l ử ng (Phcll), Ph ố tpho h ữ u c ơ h oà tan(Phcht), Ph ố tpho vô c ơ l ơ l ử ng (Pvcll) và Ph ố tpho vô c ơ h oà tan (Pvcht).T ổ ng l ượ ng Ph ố tpho trong bi ể n đ ượ c bi ể u di ễ n nh ư s au: ∑ P = Phcll + Phcht + Pvcll + Pvcht 100 Ph ố tpho h ữ u c ơ t ồ n t ạ i ở d ạ ng l ơ l ử ng trong n ướ c bi ể n có trongthành ph ầ n các ch ấ t h ữ u c ơ l à xác ch ế t đ ộ ng th ự c v ậ t, m ả nh v ụ n hay c ặ nbã c ủ a quá trình hô h ấ p, bài ti ế t c ủ a sinh v ậ t... D ướ i tác d ụ ng c ủ a cácquá trình sinh hoá v ớ i s ự t ham gia c ủ a vi khu ẩ n ho ặ c men, Ph ố tpho h ữ uc ơ d ạ ng l ơ l ử ng có th ể c huy ể n thành d ạ ng hoà tan. Th ự c ch ấ t, đ ây là m ộ tt rong các giai đ o ạ n c ủ a quá trình phân hu ỷ c h ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng đ ểc huy ể n thành d ạ ng ch ấ t h ữ u c ơ h oà tan trong đ ó có Ph ố tpho. Phôtpho h ữ u c ơ h oà tan trong n ướ c bi ể n có m ặ t trong các h ợ p ch ấ tcao phân t ử p h ứ c t ạ p d ướ i d ạ ng g ố c axít Phôtphoric và các este c ủ a nó,trong ph ứ c ch ấ t protêin hydrat cacbon... Có th ể m ộ t ph ầ n Phôtpho h ữ uc ơ h oà tan t ồ n t ạ i d ướ i d ạ ng keo. Phôtpho vô c ơ d ạ ng l ơ l ử ng trong n ướ c bi ể n có ngu ồ n g ố c t ừ c ácnham th ạ ch phun trào ho ặ c tr ầ m tích. Trong d ạ ng t ồ n t ạ i này, ư u th ế n h ấ tthu ộ c v ề c ác Apatít, Phôtphorit và ph ầ n l ớ n chúng t ồ n t ạ i d ướ i d ạ ngmu ố i Canxi. Các ch ấ t l ơ l ử ng này do sông đ ư a ra bi ể n, m ộ t ph ầ n b ị k ế tt ủ a ho ặ c l ắ ng chìm xu ố ng đ áy, m ộ t ph ầ n s ẽ c huy ể n sang d ạ ng hoà tannh ờ t ác d ụ ng c ủ a n ướ c. Phôtpho vô c ơ h oà tan trong n ướ c bi ể n t ồ n t ạ i ở d ạ ng axítPh ố tphoric và các d ẫ n xu ấ t phân ly c ủ a nó. Đ ây là d ạ ng t ồ n t ạ i có ýngh ĩ a nh ấ t c ủ a các h ợ p ch ấ t Ph ố tpho trong bi ể n b ở i vì th ự c v ậ t đ ã s ửd ụ ng ch ủ y ế u Ph ố tpho d ạ ng này đ ể t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ . Ph ố tpho v ớ i ýngh ĩ a là m ộ t h ợ p ph ầ n dinh d ưỡ ng trong bi ể n c ũ ng hoàn toàn do d ạ ng t ồ nt ạ i này t ạ o nên, m ặ c dù có ý ki ế n cho r ằ ng th ự c v ậ t c ũ ng có th ể đ ồ ng hoáđ ượ c Ph ố tpho có trong m ộ t s ố c h ấ t h ữ u c ơ đ ơ n gi ả n. T ừ đ ây và trong cácph ầ n ti ế p theo, chúng ta ch ỉ d ành s ự x em xét đ ố i v ớ i Ph ố tpho vô c ơ ởd ạ ng hoà tan. Nh ư đ ã bi ế t, axít Phôtphoric là m ộ t axít y ế u b ậ c 3, trong n ướ c bi ể nnó phân li nh ư s au: H 3 PO 4 ⇔ H + + H 2 PO 4 - H 2 PO 4 - ⇔ H + + H PO 4 - 2 H PO 4 - 2 ⇔ H + + P O 4 - 3 N h ư v ậ y, h ệ P hôtphoric trong bi ể n th ườ ng xuyên t ồ n t ạ i v ớ i 4 ti ể u 101ph ầ n (4 d ạ ng) là H 3 PO 4 , H 2 PO 4 - , HPO 4 - 2 , PO 4 - 3 . C ả 4 d ạ ng này đ ượ c g ọ ichung là các Ph ố t phát, chúng t ồ n t ạ i trong m ố i cân b ằ ng đ ộ ng và có th ểc huy ể n hoá cho nhau tu ỳ t ừ ng đ i ề u ki ệ n c ụ t h ể . Do không th ể t ách riêngt ừ ng ti ể u ph ầ n nên xác đ ị nh n ồ ng đ ộ P h ố t phát trong n ướ c bi ể n th ự c ch ấ tlà xác đ ị nh t ổ ng n ồ ng đ ộ c ủ a c ả 4 t i ể u ph ầ n này và th ườ ng bi ể u di ễ n quakh ố i l ượ ng c ủ a nguyên t ố P h ố tpho ho ặ c ion PO 4 - 3 c ó trong các d ạ ng đ ó. Theo đ ị nh lu ậ t tác d ụ ng kh ố i l ượ ng, các cân b ằ ng k ể t rên đ ượ c bi ể udi ễ n đ ị nh l ượ ng nh ư s au: [H + ][H 2 PO 4 - ]/[H 3 PO 4 ] = K1 [ H + ][HPO 4 - 2 ]/[H 2 PO 4 - ] = K 2 [ H + ][PO 4 - 3 ]/[HPO 4 - 2 ] = K3 T rong đ ó K 1 , K 2 , K 3 l à các h ằ ng s ố c ân b ằ ng, có các giá tr ị t ươ ngứ ng t ạ i 22 o C là 7,51.10 - 3 , 6,23.10 - 8 v à 4,80.10 - 1 3 . Các tính toán ch ỉ r ar ằ ng v ớ i các h ằ ng s ố c ân b ằ ng nh ư đ ã cho và pH c ủ a n ướ c bi ể n n ằ mtrong kho ả ng 8,0-8,3 thì ion HPO 4 - 2 c ó kh ố i l ượ ng l ớ n nh ấ t, t ạ i p ...