Reactievergelijkingen in de kringlopen.
De natuurlijke kringlopen draaien op een handvol chemische reacties. Hieronder de belangrijkste reactievergelijkingen voor de koolstof-, stikstof- en zwavelkringloop, allemaal kloppend gemaakt en kort uitgelegd — handig voor biologie en scheikunde op havo en vwo.
- Kloppend
- Links en rechts van de pijl evenveel atomen van elke soort, en evenveel lading.
- Redox
- Fotosynthese, ademhaling, verbranding, nitrificatie en denitrificatie zijn allemaal redoxreacties.
- Energie
- Staat niet als stof in de vergelijking; schrijf het als "+ energie" of "lichtenergie".
- CH2O
- Gebruikelijke afkorting voor "organische stof" in vereenvoudigde vergelijkingen.
Koolstof en zuurstof
Fotosynthese (koolstofassimilatie)
Planten, algen en cyanobacteriën leggen CO2 vast in glucose. De zuurstof komt uit het water. Zie fotosynthese.
Aerobe dissimilatie (cellulaire ademhaling)
De omgekeerde reactie, in vrijwel alle levende cellen. Zie cellulaire ademhaling.
Alcoholgisting (anaeroob, gist)
Zonder zuurstof; levert veel minder energie dan aerobe dissimilatie.
Melkzuurgisting (anaeroob, spiercellen en melkzuurbacteriën)
Glucose wordt melkzuur; er komt geen CO2 vrij.
Verbranding van methaan
Volledige verbranding van aardgas. Bij te weinig zuurstof ontstaat ook CO en roet. Zie verbranding.
Methaanvorming (methanogenese, vereenvoudigd)
Door methanogene archaea in zuurstofloze milieus: moerassen, rijstvelden, de pens van koeien. Zie methaan.
Koolstof in water en gesteente
CO2 lost op in water (oceaanverzuring)
Extra CO2 levert extra H+: de pH daalt. Zie oceaankringlopen.
Kalkvorming door schelpdieren en koraal
Zo ontstaan schelpen, koraalriffen en uiteindelijk kalksteen.
Kalksteen lost op in zuur water
Verklaart de aantasting van marmer en kalksteen door zure regen.
Silicaatverwering (vereenvoudigd)
Haalt over miljoenen jaren CO2 uit de lucht: de natuurlijke thermostaat van de gesteentekringloop.
Kalkbranden (cementproductie)
Een niet-energetische bron van menselijke CO2-uitstoot.
Stikstof
Haber-Boschproces
Industriële stikstofbinding: hoge druk, ongeveer 400–500 °C, ijzerkatalysator. Exotherm evenwicht. Zie stikstofbinding.
Ammoniak en ammonium
In bodemvocht komt ammoniak vooral als ammonium voor.
Nitrificatie, stap 1
Ammonium wordt nitriet (onder andere Nitrosomonas).
Nitrificatie, stap 2
Nitriet wordt nitraat (onder andere Nitrobacter, Nitrospira). Totaal: NH4+ + 2 O2 → NO3− + 2 H+ + H2O. Zie nitrificatie.
Denitrificatie (met organische stof)
Zonder zuurstof gebruiken bacteriën nitraat als oxidator; N2 gaat terug naar de lucht.
Anammox
Anaerobe ammoniumoxidatie; belangrijk in de oceaan en in moderne waterzuiveringen.
Stikstofbinding door bliksem
Dezelfde chemie vormt NOx in motoren en zure neerslag.
Zwavel
Zwaveldioxide wordt zwavelzuur
De hoofdroute naar zure regen. Zie zwavelkringloop.
Sulfaatreductie (zuurstofloos sediment)
Bacteriën in slik en zeebodem; H2S geeft de rotte-eierenlucht.
Een vergelijking kloppend maken
- Schrijf de juiste formules van beginstoffen en reactieproducten op. Verander daarna nooit meer de formules, alleen de coëfficiënten ervoor.
- Begin met het atoom dat in de minste stoffen voorkomt (bij verbranding: C, dan H, als laatste O).
- Tel per atoomsoort links en rechts; controleer bij ionen ook de totale lading.
- Gebruik de kleinst mogelijke gehele getallen.
Met een kloppende vergelijking kun je ook rekenen: 1 mol glucose (180 g) levert bij volledige dissimilatie 6 mol CO2 (264 g). Zie kringlopen scheikunde voor stoffenbalans en redox.