Більшість студентів знають процес фотосинтезу, що здійснюється рослинами, водоростями та певними видами бактерій, як процес, за допомогою якого вони виробляють свою їжу (істоти автотрофи). Однак такі студенти насправді не розуміють, як виникає такий тип реакції та як це призводить до живлення рослин. Потрібно хімічно зрозуміти це явище фотосинтезу.
Рослина виводить воду та деякі неорганічні молекули (сполуки, в яких основним елементом не є вуглець його структури, за деякими винятками, з ґрунту через корінь і разом з вуглекислим газом (вуглекислий газ - CO2), що поглинаються рослинами та у присутності світла, утворюються органічні молекули (структури, що містять вуглець як основний елемент). Прикладом органічної молекули, що утворюється, є глюкоза (C6H12О6), який внаслідок інших перетворень утворює крохмаль, целюлозу, білки, амінокислоти та інші складові овочів:
6CO2 (г) + 6Н2О(1) + сонячне світло → C6H12О6 (вод.) + 6O2 (г)
Як зазначалося, для фотосинтезу рослина повинна поглинати сонячну енергію. Це робиться за рахунок його пігментів, які є речовинами, що характеризуються виділенням певного кольору під впливом світла. Основним пігментом рослин є
хлорофіл, структура якого наведена нижче. Його структура складна, з іоном Mg2+ координується в центральній порожнині, і саме цей пігмент відповідає за зелений колір рослин, оскільки він поглинають довжини хвиль червоного, оранжевого, синього та фіолетового, але відбивають більшу частину світла зелений.
Хлорофіл та інші фотосинтетичні пігменти (такі як каротиноїди та фікобіліни) поглинають фотони, що змушує електрони їх молекул збуджуватися, тобто вони поглинають енергію і стрибають на орбіту далі від атомного ядра, з вищим енергетичним рівнем. Ці електрони передаються в електронно-транспортний ланцюг для використання у виробництві АТФ (аденозинтрифосфату), а потім для синтезу цукрів.
Потім молекула води розщеплюється (окислення), і водень постачає електрони до пігментів, в цьому випадку до хлорофілу, який втратив свої збуджені електрони. Коли вода прорветься, відбудеться також виділення О2. Насправді цікаво відзначити, що практично весь кисень, присутній в атмосфері, походить від фотосинтезу.
Потім отримана енергія використовується для перетворення (зменшення) молекул CO2 у складних сполуках, таких як вуглеводи та біомаса.
Загальна реакція фотосинтезу:
nCO2 + nH2O + сонячне світло →{СН2O}немає + nO2
Дивіться, що ця реакція є реакцією окисно-відновний, оскільки кисень зазнав окислення, а його Nox (окисне число - електричний заряд хімічного виду) збільшився, тобто він втратив електрони. Натомість водень зменшується, тобто отримує електрони.
З точки зору хімічної реакції, фотосинтез протилежний диханню, яке здійснюють гетеротрофні істоти (істоти, включаючи людину, які не виробляють власну їжу, але яким потрібно черпати енергію з інших джерел, наприклад, годуючи рослини та тварини).
При фотосинтезі із світла, води та вуглекислого газу синтезуються органічні молекули та виділяється кисень. У нашому випадку ми споживаємо інших істот та кисень, щоб отримати енергію для дихання, в якій утворюються вода та вуглекислий газ.
Крім того, коли рослина розкладається, воно перетворюється на глюкозу, і з часом глюкоза знову утворює СО.2, в реакції, яка не є зворотною реакцією фотосинтезу, і вуглекислий газ повернеться в атмосферу.
Отже, ми маємо кругообіг вуглецю.
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm
