Већина ученика познаје процес фотосинтезе који изводе биљке, алге и одређене врсте бактерија процес којим производе своју храну (бића аутотрофи). Међутим, такви студенти заправо не разумеју како се јавља ова врста реакције и како резултира исхраном биљака. Неопходно је хемијски разумети овај феномен фотосинтезе.
Биљка уклања воду и неке неорганске молекуле (једињења која немају угљеник као главни елемент његове структуре, уз неке изузетке) из тла кроз корен и, заједно са угљен-диоксидом (угљен-диоксид - ЦО2) које биљке апсорбују и у присуству светлости тада настају органски молекули (структуре које садрже угљеник као главни елемент). Пример произведеног органског молекула је глукоза (Ц6Х.12О.6), који ће кроз друге трансформације формирати скроб, целулозу, протеине, аминокиселине и друге састојке поврћа:
6ЦО2 (г) + 6Х2О.(1) + сунчева светлост → Ц.6Х.12О.6 (ак) + 6О2 (г)
Као што је речено, да би дошло до фотосинтезе, биљка треба да апсорбује сунчеву енергију. То се постиже његовим пигментима, који су супстанце које карактеришу испуштање одређене боје када су изложени светлости. Главни пигмент биљака је
хлорофил, чија је структура приказана у наставку. Његова структура је сложена, са јоном Мг2+ координиран у централној шупљини, а управо је овај пигмент одговоран за зелену боју биљака, јер је упијају таласне дужине црвене, наранџасте, плаве и љубичасте, али одражавају већи део светлости зелена.
Хлорофил и други фотосинтетски пигменти (као што је каротеноиди и фикобилини) апсорбују фотоне, због чега се електрони њихових молекула побуђују, односно апсорбују енергију и скачу на орбиту даље од атомског језгра, са вишим нивоом енергије. Ови електрони се преносе у ланац транспорта електрона да би се користили у производњи АТП (аденозин трифосфата), а затим у синтези шећера.
Молекул воде се тада разграђује (оксидација) и водоник снабдева електроне пигментима, у овом случају хлорофилом, који је изгубио побуђене електроне. У разбијању воде доћи ће и до ослобађања О.2. У ствари, занимљиво је приметити да практично сав кисеоник присутан у атмосфери потиче од фотосинтезе.
Добијена енергија се затим користи за трансформацију (редукцију) молекула ЦО2 у сложеним једињењима као што су угљени хидрати и биомаса.
Генеричка реакција фотосинтезе:
нЦО2 + нХ2О + сунчева светлост →{ЦХ2О}не + нО2
Погледајте да је ова реакција реакција редокс, јер је кисеоник прошао оксидацију, а његов Нок (оксидациони број - електрични набој хемијских врста) се повећао, односно изгубио је електроне. С друге стране, водоник се смањио, односно добио је електроне.
Са становишта хемијске реакције, фотосинтеза је супротна дисању које изводе хетеротрофна бића (бића, укључујући човека, који не производе сопствену храну, али којима је потребно црпљење енергије из других извора, на пример храњењем биљака и Животиње).
У фотосинтези, из светлости, воде и угљен-диоксида, синтетишу се органски молекули и ослобађа кисеоник. У нашем случају трошимо друга бића и кисеоник да бисмо добили енергију за дисање, у којој настају вода и угљен-диоксид.
Такође, када се биљка разгради, она се претвара у глукозу и с временом ће глукоза поново створити ЦО.2, у реакцији која није инверзна реакција фотосинтезе и угљен-диоксид ће се вратити у атмосферу.
Дакле, имамо циклус угљеника.
Јеннифер Фогаца
Дипломирао хемију
Извор: Бразил Сцхоол - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm