Većina učenika poznaje postupak fotosinteze koji izvode biljke, alge i određene vrste bakterija proces kojim proizvode svoju hranu (bića autotrofi). Međutim, takvi studenti zapravo ne razumiju kako se ova vrsta reakcije događa i kako rezultira prehranom biljaka. Nužno je kemijski razumjeti ovaj fenomen fotosinteze.
Biljka uklanja vodu i neke anorganske molekule (spojeve koji nemaju ugljik kao glavni element njegove strukture, uz neke iznimke) iz tla kroz korijen i, zajedno s ugljičnim dioksidom (ugljični dioksid - CO2) koje biljke apsorbiraju i u prisutnosti svjetlosti tada nastaju organske molekule (strukture koje sadrže ugljik kao glavni element). Primjer proizvedene organske molekule je glukoza (C6H12O6), koji će kroz druge transformacije stvoriti škrob, celulozu, proteine, aminokiseline i druge sastojke povrća:
6CO2 (g) + 6H2O(1) + sunčeva svjetlost → C6H12O6 (vod.) + 6O2 (g)
Kao što je rečeno, da bi se fotosinteza dogodila, biljka mora apsorbirati sunčevu energiju. To čine njegovi pigmenti, koji su tvari koje karakteriziraju emitiranje određene boje kada su izloženi svjetlu. Glavni biljni pigment je
klorofil, čija je struktura prikazana u nastavku. Njegova je struktura složena, s ionom Mg2+ koordiniran u središnjoj šupljini, a upravo je taj pigment odgovoran za zelenu boju biljaka, jer je upijaju valne duljine crvene, narančaste, plave i ljubičaste, ali odražavaju velik dio svjetlosti zeleno.
Klorofil i drugi fotosintetski pigmenti (poput karotenoidi i fikobilini) apsorbiraju fotone, zbog čega se elektroni njihovih molekula uzbuđuju, tj. apsorbiraju energiju i skaču u orbitu dalje od atomske jezgre, s višom razinom energije. Ti se elektroni prenose u lanac transporta elektrona kako bi se koristili u proizvodnji ATP (adenozin trifosfata), a zatim u sintezi šećera.
Tada se molekula vode razgrađuje (oksidacija) i vodik opskrbljuje elektrone pigmentima, u ovom slučaju klorofilom, koji je izgubio pobuđene elektrone. U razbijanju vode doći će i do oslobađanja O2. Zapravo je zanimljivo primijetiti da praktički sav kisik prisutan u atmosferi potječe od fotosinteze.
Dobivena energija se zatim koristi za transformiranje (smanjenje) molekula CO2 u složenim spojevima kao što su ugljikohidrati i biomasa.
Generička reakcija fotosinteze:
nCO2 + nH2O + sunčeva svjetlost →{CH2O}Ne + NE2
Vidite da je ova reakcija reakcija redoks, jer je kisik prošao kroz oksidaciju, a njegov Nox (oksidacijski broj - električni naboj kemijske vrste) povećao se, odnosno izgubio elektrone. S druge strane, vodik se smanjio, odnosno dobio je elektrone.
S gledišta kemijske reakcije, fotosinteza je suprotna disanju koje izvode heterotrofna bića (bića, uključujući čovjeka, koji ne proizvode vlastitu hranu, ali koji energiju trebaju crpiti iz drugih izvora, poput hranjenja biljaka i životinje).
U fotosintezi se iz svjetlosti, vode i ugljičnog dioksida sintetiziraju organske molekule i oslobađa kisik. U našem slučaju trošimo druga bića i kisik da bismo dobili energiju za disanje, u kojoj nastaju voda i ugljični dioksid.
Također, kada se biljka razgradi, ona se pretvara u glukozu i s vremenom će glukoza ponovno stvoriti CO.2, u reakciji koja nije inverzna reakcija fotosinteze i ugljični dioksid će se vratiti u atmosferu.
Dakle, imamo ciklus ugljika.
Napisala Jennifer Fogaça
Diplomirao kemiju
Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm
