Reazione chimica coinvolta nella fotosintesi. Reazione di fotosintesi

La maggior parte degli studenti conosce il processo di fotosintesi eseguito da piante, alghe e alcune specie di batteri come il processo attraverso il quale producono il loro cibo (esseri autotrofi). Tuttavia, tali studenti non capiscono davvero come si verifica questo tipo di reazione e come si traduce nella nutrizione delle piante. È necessario comprendere chimicamente questo fenomeno della fotosintesi.

La pianta rimuove l'acqua e alcune molecole inorganiche (composti che non hanno il carbonio come elemento principale della sua struttura, con alcune eccezioni) dal suolo attraverso la radice e, insieme all'anidride carbonica (anidride carbonica - CO₂) assorbito dalle piante e in presenza di luce, vengono quindi prodotte molecole organiche (strutture che contengono carbonio come elemento principale). Un esempio di una molecola organica prodotta è il glucosio (C₆H₁₂oh₆), che, attraverso altre trasformazioni, formeranno amido, cellulosa, proteine, amminoacidi e altri costituenti dei vegetali:

6CO_2(g) + 6H₂oh₍₁₎ + luce solare → C₆H₁₂oh_6(ac) + 6O_2(g)

Come detto, perché avvenga la fotosintesi è necessario che l'energia solare sia assorbita dalla pianta. Ciò viene fatto dai suoi pigmenti, che sono sostanze caratterizzate dall'emissione di un certo colore quando esposte alla luce. Il pigmento principale delle piante è il clorofilla, la cui struttura è mostrata di seguito. La sua struttura è complessa, con uno ione Mg²⁺ coordinato nella cavità centrale, ed è questo pigmento che è responsabile del colore verde delle piante, perché assorbono le lunghezze d'onda di rosso, arancione, blu e viola, ma riflettono gran parte della luce verde.

Clorofilla e altri pigmenti fotosintetici (come carotenoidi e il ficobiline) assorbono fotoni, il che fa eccitare gli elettroni delle loro molecole, cioè assorbono energia e saltano su un'orbita più lontana dal nucleo atomico, con un livello di energia più elevato. Questi elettroni vengono trasmessi alla catena di trasporto degli elettroni per essere utilizzati nella produzione di ATP (adenosina trifosfato) e quindi nella sintesi degli zuccheri.

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La molecola d'acqua viene quindi scomposta (ossidazione) e l'idrogeno fornisce elettroni ai pigmenti, in questo caso alla clorofilla, che ha perso i suoi elettroni eccitati. Nella rottura dell'acqua ci sarà anche il rilascio di O₂. Infatti è interessante notare che praticamente tutto l'ossigeno presente nell'atmosfera proviene dalla fotosintesi.

L'energia ottenuta viene poi utilizzata per trasformare (ridurre) le molecole di CO₂ in composti complessi come carboidrati e biomassa.

Reazione generica di fotosintesi:

nCO₂ + nH₂O+ luce solare →{CH₂O}_no + no₂

Vedi che questa reazione è una reazione di redox, perché l'ossigeno subiva un'ossidazione, e il suo Nox (numero di ossidazione – carica elettrica della specie chimica) aumentava, cioè perdeva elettroni. L'idrogeno, invece, si riduceva, cioè acquistava elettroni.

Dal punto di vista della reazione chimica, la fotosintesi è l'opposto della respirazione svolta da esseri eterotrofi (esseri, compreso l'uomo, che non producono il proprio cibo, ma che hanno bisogno di attingere energia da altre fonti, ad esempio alimentando piante e animali).

Nella fotosintesi, dalla luce, dall'acqua e dall'anidride carbonica, vengono sintetizzate molecole organiche e viene rilasciato ossigeno. Nel nostro caso consumiamo altri esseri e ossigeno per ottenere energia per la respirazione, nella quale si formano acqua e anidride carbonica.

Inoltre, quando la pianta si decompone, si trasforma in glucosio e, nel tempo, il glucosio formerà nuovamente CO._2­, in una reazione che non è la reazione inversa della fotosintesi e dell'anidride carbonica ritornerà nell'atmosfera.

Quindi abbiamo il ciclo del carbonio.

di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica