Элементный состав гумусовых кислот.
Элементный состав позволяет получить информацию о принципах строения гумусовых кислот, их свойствах и выявить химические изменения, происходящие в процессе гумификации.
Элементный состав гумусовых кислот является их важнейшей характеристикой органических соединений, которая позволяет дать оценку особенностей органического вещества различных почв и их генетических горизонтов. Элементный состав гуминовых кислот составляет (в %): С - 46-62, О – 32-38, N – 3,0-6,0, Н –3,0-5,0. На основании высокого содержания углерода В.И. Касаточкин отнес гуминовые кислоты к классу корбанизированных соединений. По элементному составу они занимают промежуточное положение между лигнином и углеводами. Для фульвокислот характерно более низкое содержание углерода и более высокое кислорода: (%) С – 36-44, О – 45-50, N – 3-5, Н – 3-5. По элементному составу они близки к углеводам и протеинам.
Однако весовой процентный состав не дает правильного представления о роли отдельных элементов в составе вещества и изменениях, происходящих с гумусовыми веществами в процессе почвообразования. Для этого Д.С.Орлов предлагает выражать элементный состав в мольных (атомных) содержаниях, мольных долях или мольных процентах.
Мольные проценты показывают число атомов данного элемента в процентах к общему числу атомов в молекуле вещества. Углерод, выраженный в атомных процентах, подчеркивает дифференциацию всех гумусовых кислот на две большие группы с различным атомным количеством углерода. Это позволяет предполагать, что гумусовые кислоты обладают двумя типами углеродного скелета. На основе сравнительного анализа их элементного состава Д.С.Орлов отмечает нарастание степени окисления гуминовых кислот в процессе гумификации. Непостоянство элементного состава кислот обусловлено их гетерогенностью, условиями и возрастом образования.
Кроме основных элементов (С, Н, О, N), в гумусовых кислотах практически всегда содержатся сера, фосфор и катионы различных металлов. Содержание серы составляет от 1,0-1,2% до десятых долей процентов, фосфора – сотые и десятые доли процента. Серу можно считать обязательным конституционным элементом, присутствующем, в частности, в составе аминокислот при гидролизе гумусовых кислот. Фосфор представлен остатками нуклеопротеидов, инозитолфосфатов, фосфолипидов, хемосорбированных фосфатов. Катионы металлов не являются конституционными компонентами кислот, и их присутствие говорит об образовании простых или комплексных солей гумусовых кислот.
Для выявления элементного состава гумусовых кислот используется графико- статистический анализ. В основе этого анализа лежит вычисление атомных отношений Н:С и О:С. Чтобы вычислить атомное отношение, найденное процентное содержание элемента в гумусовой кислоте делят на его атомную массу. Затем рассчитывают соответствующие отношения для пар элементов. Эти отношения равны отношению числа молей двух сравниваемых элементов в составе гуминовых и фульвокислот.
Например, если состав гуминовых кислот выражен следующими величинами: С = 57,95%, Н = 3,45%, N = 4,03%, О = 34,57%, то число молей каждого элемента в 100 г кислоты составляет:
[С] = 57,95 / 12,01 = 4,83 [Н] = 3,45 / 1,01 = 3,42
[N] = 4,03 / 14,01 = 0,29 [О] = 34,57 / 16 = 2,16.
Отсюда легко найти атомные или мольные отношения: С:Н = 1,4, С:О = 2,2, С:N = 16,7, О:С = 0,45.
Атомные отношения С:Н, С:О, С:N показывают, какое количество атомов углерода приходится на один атом водорода, кислорода или азота. Чем выше эти отношения, тем большую роль в построении молекул играют атомы углерода. Отношения Н:С и О:С показывают, сколько атомов водорода и кислорода в молекуле гумусовой кислоты приходится на один атом углерода. Пользуясь величинами Н:С, можно определить тип строения углеродного скелета молекулы. Повышение этого отношения указывает на возрастание доли алифотических цепочек. Чем больше водородных атомов замещено в результате образования связей С ─ С, тем меньше групп
─ С ─ Н, ─ СН2 ─, ─ СН3 , тем ниже соотношение Н:С.
Соотношение О:С показывает степень окисленности гумусовых веществ. Это понятие расширяет характеристику гумусовых кислот и дает возможность уточнить коэффициенты пересчета окисляемости гумуса, определяемые методом И.В.Тюрина, на количество углерода.
С изменением состава и строения молекул гумусовых кислот изменяется их оптическая плотность, гидрофобность, инертность, растворимость и склонность к пептизации, устойчивость к действию электролитов, способность к образованию внутрикомплексных соединений с поливалентными катионами. Соответственно гумусовые кислоты разных типов почв, имеющие различия в элементном составе и строении, обладают различными свойствами, характерными для данной почвы.