Механизмы связывания гербицидов почвой
Условно первые три из вышеперечисленных механизмов можно отнести к процессам физической сорбции, так как при их реализации не происходит образования химических связей, а последние три - к процессам химической сорбции, связанных с образованием новых химических связей.
Ван дер Ваальсово взаимодействие. Представляет собой электростатическое взаимодействие между атомами и молекулами и обусловлено флуктуациями их электронной плотности. В результате флуктуаций образуются мгновенные диполи, которые способствуют притяжению между атомами и молекулами. Энергии таких взаимодействий обычно очень малы и не превышают 8,4 кДж/моль.
Образование гидрофобных связей. Этот тип взаимодействия характерен для гидрофобных веществ, которые при их попадании в раствор способны изменять структуру воды. При введении гидрофобного вещества в воду вокруг молекулы вещества образуются своеобразные льдоподобные кластеры, образованные водородными связями. Подобное деструктурирование воды создает более упорядоченную конфигурацию, что связано с уменьшением энтропии системы. Так как это неблагоприятно с термодинамической точки зрения, то вода стремится вернуть свое нормальное состояние, характеризующееся менее упорядоченной структурой и более высокой энтропией. Это приводит к тому, что адсорбция гидрофобного вещества из водной системы более термодинамически выгодна, чем его нахождение в воде. Поэтому гидрофобные вещества стремятся ассоциироваться между собой и гидрофобными поверхностями в почве. Таким образом, гидрофобное связывание — это взаимодействие между гидрофобными молекулами, направленное на минимизацию взаимодействия неполярных участков молекул с растворителем. Энергия образующихся связей не превышает 16 кДж/моль.
Образование водородных связей. Водородное взаимодействие представляет собой электростатическое взаимодействие, обусловленное притягиванием протонов, связанных с электроотрицательным атомом, к атомам с неспаренной парой электронов. Характерно для гербицидов, в
составе которых присутствуют доноры или акцепторы протонов. Минеральные и органические компоненты почвы могут выступать как в качестве доноров, так и акцепторов электронов. Так, при образовании связи между карбонильными группами органических кислот и аминогруппами триазинов органическое вещество выступает в качестве донора электронной пары, тогда как фенольные или гидроксильные группы гуминовых веществ при их взаимодействии с кислородом, хлором или серой в положении 2 триазинового кольца являются акцепторами электронной пары. Энергия образующихся связей составляет 4-16 кДж/моль.
Лигандный обмен. Данный тип взаимодействия заключается в том, что молекула гербицида замещает один или несколько лигандов, представленных почвенным органическим веществом. Для осуществления адсорбции по механизму лигандного обмена необходимо, чтобы молекула гербицида была более сильным хелатирующим агентом, чем лиганды, которые он замещает. Энергия образующихся связей составляет 40- i 300 кДж/моль.
Ионный обмен. Ионный обмен представляет собой химическое взаимодействие вследствие электростатического притяжения противоположно заряженных ионов. Адсорбция по механизму ионного обмена характерна для небольшого числа гербицидов, существующих в растворе в виде катионов, например, реглон (д.в. дикват). Этот гербицид существует в растворе в виде двухвалентных катионов и реагируют с отрицательно заряженными группами гуминовых веществ (например, СОО-). При определенных условиях некоторые гербициды со слабоосновными свойствами (триазины) могут протонироваться. Поэтому для них также возможно взаимодействие по данному механизму. Энергия образующихся связей составляет 400-3400 кДж/моль.
Хемосорбция. Процесс хемосорбции сопровождается образованием химической связи непосредственно между молекулой адсорбата и адсорбентом. Отличительной особенностью этого типа адсорбции является то, что она происходит при очень низкой концентрации адсорбата и протекает при повышенных температурах, когда процесс физической адсорбции менее благоприятен.
Говоря о процессах связывании гербицидов почвой нельзя не упомянуть также процесс окислительного связывания, представляющего собой реакцию конденсации с органическим веществом с образованием ковалентной связи и приводящего к потере химической индивидуальности гербицида. Связывание по этому пути характерно для ароматических аминов и фенолов. Для взаимодействия ксенобиотиков с почвенным органическим веществом по механизму окислительного связывания необходимо присутствие катализаторов: органических (пероксидазы, лакказы) или неорганических (ионы переходных металлов). Инициирование про-
цесса окислительного связывания с помощью внесения различных субстратов, повышающих ферментативную активность в почве, - одно из перспективных направлений создания технологий рекультивации загрязненных земель.
В заключение рассмотрения адсорбционных сил необходимо отметить, что их классификация в значительной мере произвольна; и обычно при изучении адсорбции конкретного гербицида на поверхности почвы можно встретиться с несколькими типами связей. Например, органические катионы с большой молекулярной массой могут адсорбироваться в результате одновременного действия ионообменных и дипольных сил, а также образования гидрофобных связей. В зависимости от типа гербицида и условий окружающей среды влияние того или иного фактора становится преобладающим.
Еще по теме Механизмы связывания гербицидов почвой:
- Связывание токсикантов клетками крови.
- Куликова Наталья Александровна, Лебедева Галина Федоровна. Гербициды и экологические аспекты их применения: Учебное пособие., 2010
- Процессы связывания (фиксации) С02
- Связывание токсикантов белками крови.
- МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ ГРУППЫ 2,4-Д
- Экономическая эффективность минимизации основной обработки почвы и применения гербицидов
- Биоэнергетическая эффективность минимализации основной обработки почвы и применения гербицидов
- ГИСТОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ И ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ В ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЕНАХ СОРТОВ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА ПОД ВЛИЯНИЕМ ГЕРБИЦИДОВ
- ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ ГАЛОИДФЕНОКСИКИСЛОТ
- Механизмы изоляции