Повечето ученици познават процеса на фотосинтеза, извършван от растения, водорасли и някои видове бактерии процес, чрез който те произвеждат храната си (същества автотрофи). Такива ученици обаче наистина не разбират как възниква този тип реакция и как води до хранене на растенията. Необходимо е да се разбере химически този феномен на фотосинтезата.
Растението премахва водата и някои неорганични молекули (съединения, които нямат въглерод като основен елемент на нейната структура, с някои изключения) от почвата през корена и заедно с въглеродния диоксид (въглероден диоксид - CO2), абсорбирани от растенията и в присъствието на светлина, след това се получават органични молекули (структури, които съдържат въглерод като основен елемент). Пример за произведена органична молекула е глюкозата (С6Н12О6), които чрез други трансформации ще образуват нишесте, целулоза, протеини, аминокиселини и други съставки на зеленчуците:
6CO2 (g) + 6Н2О(1) + слънчева светлина → C6Н12О6 (aq) + 6O2 (g)
Както беше посочено, за да се случи фотосинтеза, е необходимо слънчевата енергия да се абсорбира от растението. Това става чрез неговите пигменти, които са вещества, характеризиращи се с излъчване на определен цвят при излагане на светлина. Основният пигмент на растенията е
хлорофил, чиято структура е показана по-долу. Структурата му е сложна, с йон Mg2+ координирани в централната кухина и именно този пигмент е отговорен за зеления цвят на растенията, защото той абсорбират дължините на вълните на червено, оранжево, синьо и виолетово, но отразяват голяма част от светлината зелено.
Хлорофил и други фотосинтетични пигменти (като каротеноиди и фикобилини) абсорбират фотони, което кара електроните на техните молекули да се възбуждат, тоест те абсорбират енергия и скачат на една орбита по-далеч от атомното ядро, с по-високо енергийно ниво. Тези електрони се предават в електронната транспортна верига, за да се използват при производството на АТФ (аденозин трифосфат) и след това при синтеза на захари.
След това молекулата на водата се разгражда (окисляване) и водородът доставя електрони на пигментите, в този случай на хлорофила, който е загубил своите възбудени електрони. При разбиването на водата ще има и отделяне на O2. Всъщност е интересно да се отбележи, че практически целият кислород, присъстващ в атмосферата, идва от фотосинтезата.
След това получената енергия се използва за трансформиране (намаляване) на СО молекулите2 в сложни съединения като въглехидрати и биомаса.
Обща реакция на фотосинтеза:
nCO2 + nH2O + слънчева светлина →{СН2O}не + nO2
Вижте, че тази реакция е реакция на редокс, тъй като кислородът претърпя окисление и неговият Nox (окислително число - електрически заряд на химичните видове) се увеличи, т.е. загуби електрони. Водородът, от друга страна, намалява, тоест получава електрони.
От гледна точка на химичната реакция фотосинтезата е противоположна на дишането, извършвано от хетеротрофни същества (същества, включително човек, които не произвеждат собствена храна, но които трябва да черпят енергия от други източници, например чрез хранене на растения и животни).
При фотосинтезата от светлина, вода и въглероден диоксид се синтезират органични молекули и се отделя кислород. В нашия случай консумираме други същества и кислород, за да получим енергия за дишане, в която се образуват вода и въглероден диоксид.
Също така, когато растението се разложи, то се превръща в глюкоза и с течение на времето глюкозата отново ще образува СО.2, в реакция, която не е обратната реакция на фотосинтеза и въглеродният диоксид ще се върне в атмосферата.
Така че имаме въглероден цикъл.
От Дженифър Фогаса
Завършва химия
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm