II. Элементный состав живого вещества
Количественные данные
Обозначения.
масса
k
- компонента
общая
масса
массовая
доля k
- компонента
м.м.
k
- компонента
число
молей k
- компонента
число
молей на 1 общей массы
Таблица 1. Содержание элементов в живом веществе суши. Сырая масса
Элемент |
Z |
A |
|
|
|
C |
6 |
12 |
18,0 |
1,5 |
9,13 |
O |
8 |
16 |
70,0 (53,3) |
4,375 (3,3) |
26,63 (20,29) |
H |
1 |
1 |
10,5 (6,6) |
10,5 (6,6) |
63,9 (40,58) |
N |
7 |
14 |
0,3 |
0,02 |
0,12 |
S |
16 |
32,1 |
0,05 |
0,002 |
0,01 |
P |
15 |
31 |
0,06 |
0,002 |
0,012 |
Ca |
20 |
40,1 |
0,50 |
0,012 |
0,07 |
K |
19 |
39,1 |
0,30 |
0,008 |
0,05 |
Mg |
12 |
24,3 |
0,04 |
0,002 |
0,012 |
Na |
11 |
23 |
0,02 |
0,0009 |
0,005 |
Cl |
17 |
35,5 |
0,02 |
0,0006 |
0,004 |
Si |
14 |
28,1 |
0,20 |
0,007 |
0,042 |
Al |
13 |
27 |
0,005 |
0,0002 |
0,001 |
Fe |
26 |
55,8 |
0,1 |
0,002 |
0,012 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99,915 |
16,43 |
99,89 |
9,13 +26,63 + 63,9 = 99,66, т.е.
сырая биомасса на 99,7% состоит из атомов С, О, Н. Каждый из остальных атомов – не более 0,12%.
В скобках – свободная вода. Для нее результат получается так. На нее приходится 60%. Они распределяются согласно молекулярным массам воды (18), кислорода (16) и водорода (2) в молекуле воды. Поэтому из 60 на кислород приходится 60*16/18= 53,(3), а на водород 60*2/18 = 6,(6). Соответственно получены значения для воды, стоящие в таблице в скобках. Далее можем исключить свободную воду и вычислить значения, приведенные к сухому веществу:
Отношение числа молекул воды (20,29) к числу атомов С, Н, О, не свзанных с водой (9,13+26,63-20,29+63,9-40,58 = 38,79) равно 0,523, т.е.1/2 молекулы воды на один из атомов С, Н, О. Это очень мало, т.е. это даже не раствор, а кристалл.
Таблица 2. Содержание элементов в живом веществе суши. Сухое вещество
Элемент |
Z |
A |
|
100 |
|
|
C |
6 |
12 |
18,0 |
45 |
1,5 |
23,32 |
O |
8 |
16 |
16,7 |
41,75 |
1,075 |
16,71 |
H |
1 |
1 |
3,8 |
9,5 |
3,8 |
59,08 |
N |
7 |
14 |
0,3 |
0,75 |
0,02 |
0,31 |
S |
16 |
32,1 |
0,05 |
0,125 |
0,002 |
0,03 |
P |
15 |
31 |
0,06 |
0,15 |
0,002 |
0,03 |
Ca |
20 |
40,1 |
0,50 |
1,25 |
0,012 |
0,19 |
K |
19 |
39,1 |
0,30 |
0,75 |
0,008 |
0,124 |
Mg |
12 |
24,3 |
0,04 |
1 |
0,002 |
0,03 |
Na |
11 |
23 |
0,02 |
0,05 |
0,0009 |
0,014 |
Cl |
17 |
35,5 |
0,02 |
0,05 |
0,0006 |
0,01 |
Si |
14 |
28,1 |
0,20 |
0,5 |
0,007 |
0,11 |
Al |
13 |
27 |
0,005 |
0,0125 |
0,0002 |
0,003 |
Fe |
26 |
55,8 |
0,1 |
0,25 |
0,002 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
101,025 |
6,43 |
|
Видим: сухое вещество на 99,12% (молярных) состоит из О,С,Н. Каждый из остальных атомов – не более 0,31%.
Таблица 3. Данные для условного человека (70 кг).
Вода – 42 кг (60%), из них 42*2/18= 4,(6) кг Н и 42*16/18 = 37,(3) кг О
Компонент |
С,% |
H,% |
O,% |
N,% |
Вода |
- |
11 |
89 |
- |
Жиры |
77 |
12 |
11 |
- |
Белки |
52 |
7 |
23 |
16 |
Углеводы |
42 |
6 |
52 |
- |
Костная зола |
- |
- |
40 |
- |
Таблица 4. Элементный состав тела человека, кг.
Сырая масса 70 кг, из них 66 кг (94%) – С, Н, О.
С |
Н |
О |
16 |
7 (из них 4,(6) в воде) |
43 (из них 37,(3) в воде) |
Таблица 5. Элементный состав тела человека, кг .
Сухое вещество 28 кг, из них 24 кг (86%) – С, Н, О.
С |
Н |
О |
16 |
2,(3) |
5,(6) |
В отличие от фитомассы здесь больше вклад N, P, S
Для условного человека используем следующие данные (из Человек, Табл. 168):
Сырая масса 70 кг, из них
67,8 кг (97%) – С, Н, О,N,
68,58 кг (98%) – С, Н, О, N, P,
68,72 кг (98%)– С, Н, О, N, P, S,
69,72 кг (99,6%)– С, Н, О, N, P, S, Ca
69,86 кг (99,8%)– С, Н, О, N, P, S, Ca, K
69,96 кг (99,94%)– С, Н, О, N, P, S, Ca, K, Na
Таблица 6. Подробный элементный состав условного человека. Сырая масса.
|
С |
Н |
О |
N |
P |
S |
Ca |
K |
Na |
Cl |
M, кг |
16 |
7 |
43 |
1,8 |
0,78 |
0,14 |
1 |
0,14 |
0,1 |
0,095 |
P, % |
22,86 |
10 |
61,43 |
2,57 |
1,11 |
0,2 |
1,43 |
0,2 |
0,14 |
0,136 |
|
12 |
1 |
16 |
14 |
31 |
32 |
40,1 |
39,1 |
23 |
35,5 |
|
1,(3) |
7 |
2,69 |
0,45 |
0,025 |
0,0044 |
0,025 |
0,0036 |
0,0043 |
0,0027 |
|
11,56 |
60,67 |
23,32 |
3,9 |
0,217 |
0,038 |
0,217 |
0,031 |
0,037 |
0,0234 |
Из 100 атомов
на С, Н, О приходится 95,55.
на С, Н, О,N приходится 99,45.
Данные о содержании элементов в живом веществе суши в расчете на сырую массу приведены в таблице 1, а в расчете на сухое вещество – в Таблице 2.
В Таблице 1. скобках – данные о свободной воде. Для нее результат получается так. На нее приходится 60%. Они распределяются согласно молекулярным массам воды (18), кислорода (16) и водорода (2) в молекуле воды. Поэтому из 60 на кислород приходится 60*16/18= 53,(3), а на водород 60*2/18 = 6,(6). Соответственно получены значения для воды, стоящие в таблице в скобках. Далее можем исключить свободную воду и вычислить значения, приведенные к сухому веществу:
Отношение числа молекул воды (20,29) к числу атомов C, Н, О, не связанных с водой (9,13+26,63-20,29+63,9-40,58 = 38,79) равно 0,523, т.е.
1/2 молекулы воды приходится на один из атомов C, Н, О. Это очень мало, т.е. это даже не раствор, а кристалл.
Из таблицы 1 и 2 следует, что сырая масса на 99,7% состоит из атомов С, О, Н и каждый из остальных атомов составляет не более 0,12%, а сухое вещество на 99,12% состоит из О,С,Н и на каждый из остальных атомов приходится не более 0,31%.
В таблицах 3,4, 5, 6 приведены различные данные об элементном составе условного человека. Видно, что в отличие от фитомассы здесь больше вклад N, P, S.
Из Таблицы 6 следует, что из 100 атомов на С, Н, О приходится 95,55, а на С, Н, О,N приходится 99,45 атомов.