Розв’язок задач на фотосинтез і хемосинтез

Основні теоретичні відомості

Фотосинтез – це процес трансформації поглинутої організмом енергії світла в хімічну енергію органічних (і неорганічних) сполук. Головну роль у цьому процесі відіграє використання енергії світла для відновлення СО₂ до рівня вуглеводів. Але у процесі фотосинтезу можуть відновлюватися сульфати або нітрати, утворюватися Н₂; енергія світла витрачається також на транспортування речовин через мембрани і на інші процеси.

До процесу фотосинтезу можна застосувати 3 основні правила (принципи фотохімії):

Правило перше – хімічну зміну може викликати тільки поглинуте світло (закон Гротгуса - Дрейпера);

Правило друге – кожний поглинутий фотон активує тільки одну молекулу (закон Штарка - Ейнштейна);

Правило третє – енергія кванта передається під час поглинання світла тільки одному електрону, внаслідок чого він переходить на більш високий енергетичний рівень (постулат Ейнштейна).

Таким чином, фотохімічний ефект прямо пропорційний кількості отриманої речовиною енергії.

Процес фотосинтезу являє собою ланцюг окисно-відновних реакцій, сукупність яких прийнято поділяти на дві фази: світлову і темнову.

Для світлової фази фотосинтезу характерним є те, що енергія сонячної радіації, поглинута пігментними системами хлоропластів, перетворюються в електрохімічну. Загальне рівняння світлової стадії фотосинтезу має вигляд:

12Н₂О + 12АДФ + 12Ф_н 24Н + 12АТФ + 6О₂.

Темнова фаза відбувається в стромі хлоропластів без участі світла. Реакції, які спричиняють зв’язування СО₂ й утворення органічних речовин, у цій фазі відбуваються за рахунок використання енергії АТФ і НАДФ∙Н + Н⁺, синтезованих у світловій фазі. Загальне рівнянні темнової фази фотосинтезу:

6СО₂ + 24Н + 12АТФ → С₆Н₁₂О₆ + 12АДФ + 12Ф_н + 6Н₂О.

Якщо об’єднати реакції світлової і темнової фаз, виключивши всі проміжні етапи, то отримаємо сумарне рівняння фотосинтезу:

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

Продуктивністю фотосинтезу називають масу синтезованої за 1 год глюкози на 1 м² листкової поверхні. Цей показник зростає з підвищенням (до певної межі) освітленості, вологості повітря, температури, вмісту СО₂ і залежить від довжини хвилі світла.

Крім фотосинтезу, існує ще одна форма автотрофної асиміляції – хемосинтез, властивий деяким бактеріям. На відміну від фотосинтезу джерелом енергії для синтезу складних органічних речовин із простих неорганічних тут служить не світло, а окиснення деяких неорганічних речовин: сірководню, сірки, амоніаку, водню, нітритної кислоти, сполук феруму(ІІ).

Важливою групою хемосинтезуючих організмів є нітрифікуючі бактерії, здатні окиснювати амоніак, що утворився під час гниття органічних решток, до нітритної, а потім до нітратної кислоти:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 663 кДж;

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + 192кДж.

Нітратна кислота, реагуючи з мінеральними сполуками ґрунту, перетворюється в нітрати, які добре засвоюються рослинами.

Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень і накопичують у своїх клітинах сірку:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S + 272 кДж.

У разі нестачі сірководню бактерії здійснюють екзотермічне окиснення накопиченої в них сірки до сульфатної кислоти:

2S + 3O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + 636 кДж.

Залізобактерії перетворюють сполуки Феруму(ІІ) у сполуки Феруму(ІІІ):

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + 324 кДж.

Водневі бактерії використовують як джерело енергії реакцію окиснення молекулярного водню:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + 235 кДж.

А в якості єдиного джерела Карбону – оксид карбону (ІV).

Під час розв’язання задач на фотосинтез і хемосинтез, необхідно записувати сумарні рівняння реакцій цих процесів.

Приклад розв’язування задач

Задача 1. У процесі фотосинтезу одна рослина поглинає 280 г CO₂ за світловий день. Яка маса глюкози (теоретично) утвориться в листках і яка маса кисню виділиться за 5 днів? Процесом дихання знехтувати.

Дата добавления: 2015-05-24