4. Превращение соединений железа.

Этот элемент широко распространен в природе, встречается в виде органических и минеральных соединений, входит в состав животных и растительных клеток. Содержится в гемоглобине крови и дыхательных ферментах- цитохромах, необходим для образования хлорофилла у растений, хотя и не входит в его состав. При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску. Железо бывает в форме нерастворимого окисного трёхвалентного (Fe³⁺) и растворимого закисного -двухвалентного (Fe²⁺). Перевод органического железа из окисного в закисное и наоборот осуществляется в основном микроорганизмами. С.Н.Виноградский обнаружил, что способностью окислять закисные соли железа в основном обладают бактерии рода Leptothrlx. По форме они напоминают нити, покрытые чехлом охряного цвета. Такую окраску придает им гидрат окиси железа — продукт жизнедеятельности микробов.

Слайд №25 В 1947г. из кислых вод угольных шахт выделен микроорганизм Thiobacillus ferrooxidans. Микроб представляет собой грамотрицательную подвижную палочку, которая живет в кислой среде (рН 1,8—3,5) при температуре 20—30°С. Углерод получает из диоксида углерода атмосферы, а энергию для его усвоения — при окислении закисного железа и сульфидов различных металлов. Thiobacillus ferrooxidans является наиболее широко распространенным микроорганизмом, окисляющим сульфидные минералы и переводящим металлы из нерастворимого состояния в растворимое.

Жизнедеятельность железобактерий и серобактерий во многом сходна. Железобактерии — аэробы, чаще встречаются в болотах, прудах, железистых источниках. В таких водоемах они окисляют закиси железа, поэтому наиболее благоприятной для них является та среда, в которой обитают зеленые водоросли, выделяющие на свету кислород. В процессе деятельности железобактерий образуется окись железа, которая оседает вне клеток и придает им бурый цвет.

Слайд№26. Окисление закисного железа идет по схеме:

4FeC0₃ + 0₂ + 6Н₂0 →4Fe (ОН) ₃ + 4С0₂ (∆G =-122 кДж/моль)

По мнению ученых, все важнейшие месторождения железа образовались в результате жизнедеятельности бактерий. В железных рудах обнаружены остатки древних железобактерий. Скопления отмерших железобактерий (гидроксида железа) образуют на дне стоячих водоемов залежи болотной руды, количество которой может достигать огромных размеров.

Во второй половине XIX в. русский ученый-инженер Н.И.Путилов для выплавки чугуна, а из него стали использовал руду, которую добывали со дна многочисленных озер в Финляндии. В подобных водоемах она обычно бывает биогенного (бактериального) происхождения. Об этом свидетельствует тот факт, что после извлечения руды ее количество в тех же озерах сравнительно быстро (через 2—3 года) восстанавливалось. Озерная руда содержала до 33% железа, а ее стоимость в то время не превышала 3—4 копеек за пуд. Производство металла быстро возрастало и достигало примерно полумиллиона пудов в год. Качество чугуна из болотной руды было очень хорошим. Позднее на путиловских заводах было налажено производство рельсов для императорской Николаевской железной дороги. Они превосходили по качеству и были на 30 % дешевле британских.

Микробы — это ещё и источники ультрамелких кристаллов магнетита. Ультрамелкие кристаллы магнетита (нанокристаллы), которые можно рассмотреть только в электронном микроскопе, содержатся в теле некоторых микробных клеток. Учеными Великобритании такие объекты обнаружены в иле морей и рек. Выделенные ими микроорганизмы можно размножать на искусственных питательных средах. Это позволит получить необходимое количество ультрамелких кристаллов, которые широко используются в электронике. Необходимый материал извлекают из микробных клеток путем обработки их слабой соляной кислотой, в результате чего кристаллы магнетита высвобождаются и оседают на дно.