Chemie der Schwefelverbindungen und Bakterien

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Questions and Answers

Was sind die beiden Hauptformen von oxidierten Schwefelverbindungen?

Schwefeldioxid und Schwefelsäure (correct)

Dihydrogenmonoxid und Schwefeltrioxid

Schwefelwasserstoff und Sulfat-Ionen

Sulfidverbindungen und Metallsulfide

Welche chemische Eigenschaft trifft auf elementaren Schwefel zu?

Löslich in Wasser

Bildet keine Verbindungen mit Metallen

Unlöslich in organischen Lösungsmitteln

Reagiert leicht mit Sauerstoff (correct)

Was ist eine Hauptquelle von Schwefeldioxid in der Atmosphäre?

Fotosynthese

Vulkanische Ausbrüche (correct)

Niederschläge

Bakterielle Aktivität

In welcher Oxidationsstufe kommt Schwefel in Sulfat-Ionen vor?

+6 (C) Signup and view all the answers

Was beschreibt den Prozess, durch den Schwefelwasserstoff entsteht?

Anaerober Abbau organischer Stoffe (A) Signup and view all the answers

Was sind chemolithoautotrophe Bakterien in Bezug auf ihre Ernährung?

Sie oxidieren Schwefel und Thiosulfate. (D) Signup and view all the answers

Wie leiten Kabelbakterien Strom?

Durch Bildung von langen Ketten in oxisch-anoxischen Grenzschichten. (D) Signup and view all the answers

Welche Rolle spielen chemolithoautotrophe Bakterien bei marinen Evertebraten?

Sie liefern reduzierten Kohlenstoff für einige Arten wie den Oligochaeten Olavius algarvensis. (B) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Lebensweise von Olavius algarvensis?

Er hat keinen Verdauungstrakt und bezieht Nahrung von symbiontischen Sulfid-oxidierern. (D) Signup and view all the answers

In welchem Lebensraum sind Kabelbakterien normalerweise zu finden?

In marinen Sedimenten und im Boden. (A) Signup and view all the answers

Was ist die Hauptquelle für industriell produzierten Schwefel?

Entschwefelungsanlagen und Erdgas (C) Signup and view all the answers

Welche Art von Bakterien ist bekannt für die Nutzung von Schwefelwasserstoff in der Photosynthese?

Schwefelpurpurbakterien (D) Signup and view all the answers

Welche Funktion haben chemolithoautotrophe Bakterien in ihrer Umgebung?

Sie oxidieren Schwefel und Thiosulfate zur Energiegewinnung. (A) Signup and view all the answers

Welches Bakterium ist als das größte Bakterium der Welt bekannt?

Thiomargarita magnifica (A) Signup and view all the answers

Welche Bedingungen sind für photoautotrophe Bakterien typisch?

Anaerobe, lichtdurchlässige Zonen in Gewässern (C) Signup and view all the answers

Welcher Prozess wird von Thiobacillus unterstützt?

Oxidation von Schwefel in Erzen (C) Signup and view all the answers

Was zeigt die Winogradsky-Säule?

Das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Bakterienarten (A) Signup and view all the answers

In welchen Lebensräumen sind chemolithoautotrophe Bakterien häufig zu finden?

In Sümpfen und Industrieabwässern (D) Signup and view all the answers

Welche Substanz spielt eine wichtige Rolle im mikrobiellen Energiestoffwechsel durch Redoxreaktionen?

Sulfat (C) Signup and view all the answers

Welches Element macht 0.1–1 % der Trockensubstanz in Pflanzen aus?

Schwefel (A) Signup and view all the answers

Was entsteht bei der Verbrennung schwefelhaltiger Materialien im menschlichen Einflussbereich?

Schwefeldioxid (SO₂) (C) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Verbindungen ist ein Bestandteil von (Co)Enzymen und Vitaminen?

Thiamin (A) Signup and view all the answers

Wie hoch ist die Poolgröße an Schwefel in marine Sedimenten?

1,000 Tg S (B) Signup and view all the answers

Welche Wirkung haben schwefelhaltige Aminosäuren im Immunsystem?

Antioxidativ (A) Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Prozesse ist im globalen Schwefelkreislauf NICHT vertreten?

Fermentation (C) Signup and view all the answers

Was passiert in Entschwefelungsanlagen?

SO₂ wird aus Rauchgasen entfernt. (C) Signup and view all the answers

Welche Form von Schwefel hat eine schützend antioxidative Funktion in Pflanzen?

Glutathion (D) Signup and view all the answers

In welchem Zustand hinzugefügt schweben die Formen von Schwefel in Sedimenten?

Reduzierend (A) Signup and view all the answers

Was passiert, wenn Wasser in das Erdinnere eindringt und erhitzt wird?

Es werden Mineralien gelöst und Schwefelwasserstoff freigesetzt. (A) Signup and view all the answers

Welches der folgenden Elemente ist nicht direkt an der Sulfatreduktion beteiligt?

Sauerstoff (O₂) (D) Signup and view all the answers

Welchen Einfluss hat die Sulfatreduktion auf die marinen Ökosysteme?

Er beeinflusst die Wechselwirkungen zwischen Schwefel und Kohlenstoff. (D) Signup and view all the answers

Welche Organismen sind hauptsächlich in der Fauna der hydrothermalen Schlote vorhanden?

Symbiontische Schwefelbakterien und Evertebraten (B) Signup and view all the answers

Was beschreibt das Phänomen der zunehmenden sauerstofffreien Zonen im Ozean?

Es ist das Ergebnis von Düngung aus Flüssen. (C) Signup and view all the answers

Study Notes

Biogeochemie des Schwefels

Schwefel ist ein nicht-metallisches Element, das in reiner Form gelb ist. Es kommt in der Natur sowohl als Element als auch in Verbindungen vor.
Der Schwefelanteil in der Erde beträgt ca. 0,03 % (im Vergleich zu C: 0,02%, N: 0,03%, Fe: 31%, O: 30%).
Schwefel ist in Wasser unlöslich, jedoch in organischen Lösungsmitteln löslich.
Schwefel zeigt verschiedene Oxidationsstufen, wie z.B. -2, +4 und +6.
Er bildet Verbindungen mit Metallen und Nichtmetallen.
Schwefel reagiert leicht mit Sauerstoff und anderen Nichtmetallen.
Schwefel ist in fossilen Brennstoffen, Vulkanen, heißen Quellen und Erzen angereichert.

Oxidierte Schwefelverbindungen

Schwefeldioxid (SO2) entsteht durch Vulkanaktivitäten und Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Schwefeltrioxid (SO3) ist ein Oxidationsprodukt von SO2 in der Atmosphäre.
Sulfat-Ionen (SO4²⁻) sind eine wichtige Form in Meerwasser und Mineralien.
Schwefelsäure (H2SO4) ist eine starke Säure, die in Industrie und Umwelt eine Rolle spielt (z.B. Sulfat-Aerosolteilchen).
Thiosulfate (S₂O₃²⁻) entstehen durch die Oxidation von Sulfidverbindungen und weisen Schwefel in unterschiedlichen Oxidationszuständen auf.

Reduzierte Schwefelverbindungen

Schwefelwasserstoff (H₂S, Sulfid): entsteht durch anaeroben Abbau S-haltiger organischer Stoffe und mikrobielle Respiration von Sulfat.
Metallsulfide (z.B. Pyrit, FeS₂): kommen in Sedimenten vor.
Polysulfide (S₂²⁻): bilden sich in reduzierenden Bedingungen in Sedimenten.
Schwefel (S): befindet sich in vulkanischen und hydrothermalen Ablagerungen.
Dimethylsulfid ((CH₃)₂S): entsteht in Meeren und beeinflusst das Klima.

Biologische Bedeutung von Schwefel

Schwefel ist essentiell für das Wachstum und die Entwicklung von Organismen.
Er ist Bestandteil von Aminosäuren wie Cystein und Methionin.
Er ist wichtig für die räumliche Struktur von Proteinen durch Disulfidbrücken.
Er ist Bestandteil von (Co)Enzymen, Vitaminen (z.B. Biotin, Thiamin) und Zellmembranen.
Schwefel spielt eine Rolle bei Entgiftungsmechanismen, dem Abbau toxischer Substanzen (Glutathion).
Schwefelhaltige Aminosäuren wirken antioxidativ, und sind bedeutsam im Immunsystem.
In Pflanzen sind schwefelhaltige Abwehrstoffe und Pigmente (z.B. Raps) wichtig.
Schwefel ist im mikrobiellen Energiestoffwechsel elementarer Bestandteil von Redoxreaktionen (Elektronenübertragung).

Der globale Schwefelkreislauf: Überblick

Der Kreislauf verbindet marine, terrestrische und atmosphärische Pools und Flüsse.
Der Schwefelkreislauf ist im Gegensatz zum Kohlenstoffkreislauf "umgekehrt".
Der Pool und Fluss von Schwefel in verschiedenen Komponenten (Marine Sedimente, Terrestrische Böden, Atmosphäre, Ozean, Biota) sind unterschiedlich. Die Poolgröße und Austauschraten sind in der Grafik angegeben.

Schwefelbakterien

Schwefelbakterien sind Mikroorganismen, die bei der Oxidation von Schwefel und Schwefelverbindungen eine Rolle spielen.
Man unterscheidet verschiedene Gruppen z.B. Photoautotrophe, Chemolithoautotrophe.
Photoautotrophe Schwefelbakterien nutzen Schwefelwasserstoff (H₂S) als Elektronendonor während der Photosynthese.
Chemolithoautotrophe Schwefelbakterien oxidieren Schwefel und Thiosulfate als Energiequelle. Sie ernähren sich von inorganischen Verbindungen
Riesenbakterien sind eine wichtige Gruppe mariner Schwefelbakterien.
Schwefelbakterien spielen eine wichtige Rolle in hydrothermalen Schloten (Schwarze Raucher). Hier bilden sich Ökosysteme, die unabhängig von Sonnenlicht sind.

Schwefelkreislauf in Tiefsee-Ökosystemen

Hydrothermale Schlote (Black Smoker) sind hydrothermal aktive Stellen, die Mineralien auflösen, und Schwefelwasserstoff (H₂S), Methan (CH₄) und Metalle ins Wasser freisetzen.
Tiefseeökosysteme sind einzigartig, da sie unabhängig von Sonnenlicht sind.
Die Energiequellen dieser Ökosysteme sind Schwefelwasserstoff (autotroph) und Methan (heterotroph).
Die Gesamte Evertebratenfauna dieser Ökosysteme haben symbiotische Beziehungen mit Bakterien, die Schwefel oxidieren.

Schwefelkreislauf in marinen Sedimenten

In marinen Sedimenten interagieren Schwefelverbindungen mit Oxidationsmitteln (z.B. nicht nur Sauerstoff) und organischem Kohlenstoff hochkomplex.
Sulfatreduzierende Bakterien reduzieren Sulfat zu Schwefelwasserstoff (H₂S), um organische Substanz zu nutzen ("Sulfatatmung").

Terrestrischer Schwefelkreislauf

Schwefel kommt in organischen und anorganischen Formen im Boden vor.
Eintrag von Schwefel findet durch atmosphärische Deposition (Sauer Regen) statt.
Sulfat (SO₄²⁻) ist die wichtigste Form, die von Pflanzen aufgenommen wird.
Die Verfügbarkeit von Schwefel im Boden hängt vom pH-Wert und der Feuchtigkeit ab.
Organischer Abbau setzt Schwefelwasserstoff (H₂S) frei, der in die Atmosphäre gelangt.
Der terrestrische Schwefelkreislauf beeinflusst die Kreisläufe von Phosphor, Stickstoff und Kohlenstoff.

Atmosphärischer Schwefelkreislauf

Emissionen von Schwefelwasserstoff (H₂S) entstehen durch biologische Prozesse, Vulkanismus und Industrieabfälle.
DMS ist ein flüchtiges mikrobielles Abbauprodukt, welches durch Algen und Pflanzen entsteht.
DMS wird in der Atmosphäre zu SO2 oxidiert und bildet Aerosole, welche die Wolkenentwicklung beeinflussen.
Verbrennung fossiler Brennstoffe, Industrie- und Biomasseverbrennung sind die Hauptquellen für Schwefeldioxid (SO₂).
SO₂ reagiert mit Sauerstoff und bildet Schwefelsäure (H₂SO₄), die in der Atmosphäre zu saurem Regen führt, der für Umwelt und Lebewesen schädlich ist.
Der schwefelhaltige Eintrag durch Vulkanismus erhöht im Vergleich zur menschlichen Aktivität das Naturpotential.

Sulfat-Aerosolteilchen

Gasförmige Schwefelsäure (H₂SO₄) ist hygroskopisch und bildet Aerosolteilchen sowie Kondensationskeime.
Die stratosphärischen Aerosole streuen das Sonnenlicht.
Sat bilden sich durch atmosphärische Reaktionen von Schwefelverbindungen wie Verbrennungsvorgänge (zB. Industrie, Verkehr) oder natürlich (zB. Vulkane).
Schwefelsäure ist hochreaktiv und beeinflusst über die Bildung von Aerosolen die Wolkenbildung und das Klima.

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Description

Dieses Quiz behandelt die Chemie der oxidierten Schwefelverbindungen, ihre Eigenschaften und die Rolle chemolithoautotropher Bakterien in verschiedenen Lebensräumen. Zudem werden wichtige Fragen zur Schwefelchemie und biologischen Funktionen von Mikroorganismen gestellt.