Majoritatea studenților cunosc procesul de fotosinteză efectuat de plante, alge și anumite specii de bacterii ca fiind proces prin care își produc hrana (ființe autotrofe). Cu toate acestea, astfel de studenți nu înțeleg cu adevărat modul în care apare acest tip de reacție și cum rezultă nutriția plantelor. Este necesar să înțelegem chimic acest fenomen al fotosintezei.
Planta elimină apa și unele molecule anorganice (compuși care nu au carbonul ca element principal structurii sale, cu unele excepții) din sol prin rădăcină și, împreună cu dioxidul de carbon (dioxidul de carbon - CO2) absorbite de plante și în prezența luminii, sunt apoi produse molecule organice (structuri care conțin carbonul ca element principal). Un exemplu de moleculă organică produsă este glucoza (C6H12O6), care, prin alte transformări, va forma amidon, celuloză, proteine, aminoacizi și alți constituenți ai legumelor:
6CO2 (g) + 6H2O(1) + lumina soarelui → C6H12O6 (aq) + 6O2 (g)
După cum sa menționat, pentru ca fotosinteza să apară, este necesar ca energia solară să fie absorbită de plantă. Acest lucru se face prin pigmenții săi, care sunt substanțe caracterizate prin emiterea unei anumite culori atunci când sunt expuse la lumină. Principalul pigment al plantelor este
clorofilă, a cărei structură este prezentată mai jos. Structura sa este complexă, cu un ion Mg2+ coordonat în cavitatea centrală și acest pigment este responsabil pentru culoarea verde a plantelor, deoarece este absoarbe lungimile de undă de roșu, portocaliu, albastru și violet, dar reflectă o mare parte a luminii verde.
Clorofilă și alți pigmenți fotosintetici (cum ar fi carotenoizi si ficobiline) absorb fotonii, ceea ce face ca electronii moleculelor lor să fie excitați, adică absorb energie și să sară pe o orbită mai departe de nucleul atomic, cu un nivel de energie mai mare. Acești electroni sunt transmiși lanțului de transport al electronilor pentru a fi utilizați în producția de ATP (adenozin trifosfat) și apoi în sinteza zaharurilor.
Molecula de apă este apoi descompusă (oxidare) și hidrogenul furnizează electroni pigmenților, în acest caz clorofilei, care și-a pierdut electronii excitați. Când apa se sparge, va exista și eliberarea de O2. De fapt, este interesant de observat că practic tot oxigenul prezent în atmosferă provine din fotosinteză.
Energia obținută este apoi utilizată pentru a transforma (reduce) moleculele de CO2 în compuși complecși precum carbohidrații și biomasa.
Reacție de fotosinteză generică:
nCO2 + nH2O + lumina soarelui →{CH2O}Nu + nO2
Vedeți că această reacție este o reacție a redox, deoarece oxigenul a suferit o oxidare, iar Noxul său (numărul de oxidare - sarcina electrică a speciei chimice) a crescut, adică a pierdut electroni. Pe de altă parte, hidrogenul a redus, adică a câștigat electroni.
Din punct de vedere al reacției chimice, fotosinteza este opusul respirației efectuate de ființe heterotrofe (ființe, inclusiv omul, care nu produc propria hrană, dar care trebuie să extragă energie din alte surse, cum ar fi hrănirea plantelor și animale).
În fotosinteză, din lumină, apă și dioxid de carbon, moleculele organice sunt sintetizate și se eliberează oxigen. În cazul nostru, consumăm alte ființe și oxigen pentru a obține energie pentru respirație, în care se formează apă și dioxid de carbon.
De asemenea, atunci când planta se descompune, aceasta se transformă în glucoză și, în timp, glucoza va forma CO din nou.2, într-o reacție care nu este reacția inversă a fotosintezei și dioxidul de carbon se va întoarce în atmosferă.
Deci avem ciclul carbonului.
De Jennifer Fogaça
Absolvent în chimie
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm