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化能合成

指数 化能合成

化能合成作用(Chemosynthesis),是一些细菌等自养生物通过将无机物分子(如氢气、硫化氢或甲烷)氧化,再利用氧化获得的化学能将一碳无机物(如二氧化碳)和水合成有机物的营养方式。这种营养方式与利用太阳光作能源的光合作用的营养方式是不同的。化能生物即能通過化能合成作用合成有机物的生物。 註:非化學滲透原理 该营养方式常见于三种类型细菌:硝化细菌、铁细菌、硫细菌。.

17 关系: 二氧化碳化學滲透化能生物光合作用硝化细菌硝酸硫化氫硫酸细菌甲烷自养生物氢氧化铁有机化合物无机化合物

二氧化碳

二氧化碳(IUPAC名:carbon dioxide,分子式:CO2)是空氣中常見的化合物,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成。空氣中有微量的二氧化碳,約佔0.04%。二氧化碳略溶於水中,形成碳酸,碳酸是一種弱酸。 在二氧化碳分子中,碳原子的成键方式是sp杂化轨道与氧原子成键。碳原子的两个sp杂化轨道分别与两个氧原子生成两个σ键。碳原子上两个没有参加杂化(混成)的p轨道与成键的sp杂化轨道成90°的直角,并同氧原子的p轨道分别发生重叠,故缩短了碳氧键的间距。 二氧化碳平均约占大气体积的400ppm,不過每年因為人為的排放增加,比率還在逐步上升。2018年4月大氣二氧化碳月均濃度超過410ppm,為過去80萬年來最高。大气中的二氧化碳含量随季节变化,这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量随之减少;反之,当秋冬季来临时,植物不但不进行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量随之上升。 二氧化碳常壓下為無色、無味、不助燃、不可燃的氣體。二氧化碳是一種溫室氣體。二氧化碳的濃度自1900年至2016年11月增長了約127ppm。.

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化學滲透

化學滲透(Chemiosmosis,或稱化學滲透偶聯)是離子經過半透膜擴散的現象,这种现象与滲透类似。化學滲透是離子的運動,离子穿過選擇性滲透膜,沿電化學梯度移动。更具體地的說,在細胞的呼吸或光合作用過程中,通過氫離子穿過細胞膜的移動產生了ATP。氫離子(質子)將從高的質子濃度的區域擴散到低質子濃度的區域,以產生ATP。氢离子由較多離子的區域滲入較少離子區域,直到內外濃度平衡為止。化學滲透通常發生在細胞的呼吸作用中的ATP合酶(三磷酸腺苷合酶)裡,细胞利用該特性來製造ATP(三磷酸腺苷)。.

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化能生物

化能生物(Chemotroph),其中化能菌又分為(異養菌)和(自養菌)兩大類。前者靠氧化有機物取得能量,後者則靠氧化無機物獲取能量。化能生物种类繁多,从蠕虫到鱼类应有尽有。.

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光合作用

光合作用是植物、藻類等生產者和某些細菌,利用光能把二氧化碳、水或硫化氢變成碳水化合物。可分为產氧光合作用和不產氧光合作用。 植物之所以称为食物链的生产者,是因为它们能够透过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量,其能量轉換效率約為6%。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量,效率为10%左右。對大多數生物來説,這個過程是賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循环,光合作用是其中最重要的一环。.

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硝化细菌

硝化细菌(nitrifying bacteria)是一群好氧的化能自營生物之統稱,细菌能通过食用无机氮化合物生长。硝化細菌以二氧化碳为碳源,通过代谢将氨或铵盐氧化成硝酸盐。硝化細菌可以用不含有机碳的培养基培养。许多品种的硝化细菌具有复杂的内部膜系统在关键位置为硝化酶:將氨氧化為羟胺 ,和將亞硝酸鹽氧化成硝酸盐。.

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硝酸

硝酸(分子式:)是一种强酸,其水溶液俗称硝镪水。纯硝酸为无色液体,沸点83℃,在-42℃时凝结为无色晶体,与水混溶,有强氧化性和腐蚀性。其不同浓度水溶液性质有别,市售浓硝酸为共沸物,溶质质量分数为69.2%,一大气压下沸点为121.6℃,密度为1.42g·cm-3,约16mol·L-1,溶质重量百分比足够大(市售浓度最高为98%以上)的,称为发烟硝酸,硝酸是一种重要的化工原料。 硝酸的酸酐是五氧化二氮()。.

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硫是一种化学元素,在元素周期表中它的化学符号是S,原子序数是16。硫是一种非常常见的无味无臭的非金属,纯的硫是黄色的晶体,又稱做硫黄、硫磺。硫有许多不同的化合价,常見的有-2, 0, +4, +6等。在自然界中常以硫化物或硫酸盐的形式出现,尤其在火山地区纯的硫也在自然界出现。硫单质难溶于水,微溶于乙醇,易溶于二硫化碳。对所有的生物来说,硫都是一种重要的必不可少的元素,它是多种氨基酸的组成部分,尤其是大多数蛋白质的组成部分。它主要被用在肥料中,也廣泛地被用在火药、潤滑劑、殺蟲劑和抗真菌剂中。.

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硫化氫

硫化氫是无机化合物,化學式為H2S。正常是無色、易燃的酸性氣體,濃度低時帶惡臭,氣味如臭蛋;濃度高時反而沒有氣味(因为高浓度的硫化氢可以麻痺嗅觉神经)。能溶于水,0 °C时1体积水能溶解2.6体积左右的硫化氢。硫化氢的水溶液叫氢硫酸,是一种弱酸;当受热时,硫化氢又从水里逸出。硫化氢是急性劇毒,吸入少量高濃度硫化氫可於短時間內致命。低濃度的硫化氫對眼、呼吸系統及中樞神經都有影響。.

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硫酸

硫酸(化学分子式為)是一种具有高腐蚀性的强矿物酸,一般為透明至微黄色,在任何浓度下都能与水混溶并且放热。有时,在工业製造过程中,硫酸也可能被染成暗褐色以提高人们对它的警惕性。 作為二元酸的硫酸在不同浓度下有不同的特性,而其对不同物质,如金属、生物组织、甚至岩石等的腐蚀性,都归根于它的强酸性,以及它在高浓度下的强烈脱水性(化学性质)、吸水性(物理性质)与氧化性。硫酸能对皮肉造成极大的伤害,因为它除了会透过酸性水解反应分解蛋白质及脂肪造成化学烧伤外,还会与碳水化合物发生脱水反应并造成二级火焰性灼伤;若不慎入眼,更会破坏视网膜造成永久失明。故在使用时,应做足安全措施。另外,硫酸的吸水性可以用来干燥非碱性气体 。 正因為硫酸有不同的特性,它也有不同的应用,如家用强酸通渠剂、铅酸蓄电池的电解质、肥料、炼油厂材料及化学合成剂等。 硫酸被广泛生產,最常用的工业方法為接触法。.

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细菌

細菌(学名:Bacteria)是生物的主要類群之一,屬於細菌域。也是所有生物中數量最多的一類,據估計,其總數約有5×1030個。細菌的個體非常小,目前已知最小的細菌只有0.2微米長,因此大多--能在顯微鏡下看到它們;而世界上最大的細菌可以用肉眼直接看見,有0.2-0.6毫米大,是一種叫納米比亞嗜硫珠菌的細菌。細菌一般是單細胞,細胞結構簡單,缺乏細胞核以及膜狀胞器,例如粒線體和葉綠體。基於這些特徵,細菌屬於原核生物。原核生物中還有另一類生物稱做古細菌,是科學家依據演化關係而另闢的類別。為了區別,本類生物也被稱做真細菌(Eubacteria)。古細菌與真細菌在生活環境、營養方式以及遺傳上有所不同。細菌的形狀相當多樣,主要有球狀、桿狀,以及螺旋狀。 細菌廣泛分佈於土壤和水中,或著與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據估計,人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍。此外,也有部分種類分布在極端的環境中,例如溫泉,甚至是放射性廢棄物中,它們被歸類為嗜極生物,其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌,科學家是在意大利的一座海底火山中發現這種細菌的。甚至在太空梭上也能生長。然而,細菌種類是如此多,科學家研究過並命名的種類只佔其中的小部份。細菌域下所有門中,只有約一半能在實驗室培養的種類。 細菌的營養方式有自养及异养,其中异养的腐生細菌是生态系统中重要的分解者,使碳循環能順利進行。部分細菌會進行固氮作用,使氮元素得以轉換為生物能利用的形式。細菌也對人類活動有很大的影響。一方面,細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。然而,人類也時常利用細菌,例如乳酪及酸奶和酒釀的製作、部分抗生素的製造、廢水的處理等,都與細菌有關。在生物科技領域中,細菌有也著廣泛的運用。 總的來說,這世界上約有5×1030 隻細菌。其生物量遠大於世界上所有動植物體內細胞數量的總和。細菌還在營養素循環上扮演相當重要的角色,像是微生物造成的腐敗作用,就與氮循環相關。而在海底火山和在冷泉中,細菌則是靠硫化氫和甲烷來產生能量。2013年3月17日,研究者在深約11公里的馬里亞納海溝中發現了細菌。其他研究則指出,在美國西北邊離岸2600米的海床下580米深處,仍有許多的微生物根據這些研究人員的說法:「你可以在任何地方找到他們,他們的適應力遠比你想像的還要強,可以在任何地方存活。.

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甲烷

烷(化學式:;英文:Methane),是結構最簡單的烷類,由一個碳原子以及四個氫原子組成。它是最簡單的烴類也是天然氣的主要成分。甲烷在地球上有很高的相對豐度,使之成為很有發展潜力的一種燃料,但在標準狀態下收集以及存儲氣態的甲烷是一個十分有挑戰性的課題。 在自然狀態下,甲烷可以在地底下或者海底找到,而大氣中也含有甲烷,這些甲烷稱為大氣甲烷。在原始大氣中,甲烷是主要成分之一。自1750年以來,地球大氣中的甲烷濃度增加了約150%,造成的全球暖化效應並佔總長壽命輻射以及全球所有溫室氣體的20%(不包括水蒸氣)。在太空中,不少星體的表面和大氣中也有甲烷。 甲烷的結構是由一個碳和四個氫原子透過sp3混成的方式化合而成,並且是所有烴類物質中,含碳量最小,且含氫量最大的碳氫化合物,因此甲烷分子的分子結構是一個正四面體的結構,碳大約位於該正四面體的幾何中心,氫位於其四個頂點,且四個碳氫鍵的鍵的鍵角相等、鍵長等長。標準狀態下的甲烷是一種無色無味的氣體。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的沼氣其實就是甲烷。.

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自养生物

自养生物,也稱為生产者,--,主要包括绿色植物和少数微生物,它们可以利用阳光、空气中的二氧化碳、水以及土壤中的无机盐等,通過光合作用或化能合成等生物過程制造有机物,为生態系统中各種生物的生活提供物質和能量。生產者的物質通過被消費者消耗,而被轉移至消費者身上,同時一部份能量亦會一併轉移。.

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氢氧化铁

氢氧化铁(化学式:Fe(OH)3或FeO(OH)·H2O)是铁的氢氧化物,由三价铁离子(Fe3+)和氢氧根离子(OH−)生成: 也可以由氢氧化亚铁氧化得来: 它是一种黄棕色沉淀,成分一般看作是铁(Ⅲ)的羟基氧化物的水合物。加热分解成三氧化二铁和水: 新沉淀出来的水合氧化铁(Ⅲ)易溶于无机酸,也略溶于碱溶液中生成铁(Ⅲ)酸盐(FeO2−)。这类铁酸盐也可以从氧化铁(Ⅲ)和碱金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐的熔融混合物中制得。 氢氧化铁(Ⅲ)是一个未确知的化合物,氨水或碱溶液作用于铁(Ⅲ)盐溶液所得到的红棕色或黄棕色沉淀,经X射线晶体学研究是非晶态的,它含有可变量的水。一般认为该沉淀含有FeO(OH),至少有两种结晶变体:α-FeO(OH)(针铁矿)和γ-FeO(OH)(纤铁矿),铁的正常生锈产生的是γ-变体。.

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氨(Ammonia,或称氨氣、阿摩尼亞或無水氨,分子式为NH3)是无色气体,有强烈的刺激气味,极易溶于水。常温常压下,1單位体积水可溶解700倍体积的氨。氨對地球上的生物相當重要,是所有食物和肥料的重要成分。氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或间接的組成部分,具有腐蝕性等危險性质。 由於氨有廣泛的用途,成為世界上產量最多的無機化合物之一,約八成用於製作化肥。2006年,氨的全球產量估計為1.465億吨,主要用於製造商業清潔產品。 氨可以提供孤電子對,所以也是路易斯鹼。.

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水(化学式:H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。水是地球上最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识,东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素,水是中國古代五行之一。人體有百分之七十是水。.

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有机化合物

有机化合物(Organische Verbindung;英語:organic compound、organic chemical),简称有机物,是含碳化合物,但是碳氧化物(如一氧化碳、二氧化碳)、碳酸、碳酸鹽、 碳酸氢盐、氰化物、硫氰化物、氰酸鹽、金屬碳化物(如電石)等除外。有机化合物有时也可被定义为碳氫化合物及其衍生物的總稱。有机物是生命產生的物質基礎,例如生命的起源——胺基酸即為一有機化合物。.

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无机化合物

无机化合物即无机物,一般指不含碳元素的化合物,如水、食鹽、硫酸等。但一些簡單的含有碳元素化合物如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸鹽、氰化物和碳化物等,由於它們的組成和性質與其他无机化合物相似,因此也作為无机化合物來研究。絕大多數的无机化合物可以歸入氧化物、酸、鹼、鹽四大類。.

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